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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería en Automatización Facultad de Ingeniería
1-21-2008
Automatización y diseño del sistema mezclador de combustible Automatización y diseño del sistema mezclador de combustible
en vehículos con equipos de conversión a gas natural en vehículos con equipos de conversión a gas natural
Miguel Leandro Baquero Aguas Universidad de La Salle, Bogotá
Omar Humberto Avila Jaime Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Baquero Aguas, M. L., & Avila Jaime, O. H. (2008). Automatización y diseño del sistema mezclador de combustible en vehículos con equipos de conversión a gas natural. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_automatizacion/39
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AUTOMATIZACION Y DISEÑO DEL SISTEMA MEZCLADOR DE COMBUSTIBLE EN VEHÍCULOS CON EQUIPOS DE CONVERSION A GAS
NATURAL.
MIGUEL LEANDRO BAQUERO AGUAS OMAR HUMBERTO AVILA JAIME
TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO DE DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN ELECTRÓNICA
UNIVERSIDAD DE LA SALLE INGENIERIA DE DISEÑO Y AUTOMATIZACÍÓN ELECTRÓNICA
BOGOTÁ D.C. 2008
AUTOMATIZACION Y DISEÑO DEL SISTEMA MEZCLADOR DE COMBUSTIBLE EN VEHÍCULOS CON EQUIPOS DE CONVERSION A GAS
NATURAL.
MIGUEL LEANDRO BAQUERO AGUAS OMAR HUMBERTO AVILA JAIME
ASESOR PEDRO WILLIAM PEREZ INGENIERO MECANICO
TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO DE DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN ELECTRÓNICA
UNIVERSIDAD DE LA SALLE INGENIERIA DE DISEÑO Y AUTOMATIZACÍÓN ELECTRÓNICA
BOGOTÁ D.C. 2008
NOTA DE ACEPTACIÓN
______________________________________
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Presidente de jurado
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Pedro Emilio Prieto Garzón
Jurado
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Felipe Mazuera Jurado
Bogotá enero 21 de 2008
AGRADECIMIENTOS
Quiero dedicar este trabajo especialmente a mi familia, a mi padre que con sus consejos nos ayudo a realizar un buen trabajo, y siempre encontró los defectos para corregirlos a tiempo, a mi mamá por su incondicional apoyo moral, por tenerme paciencia y por quererme tanto, a mi hermana por su compañía en los momentos de desesperación y por alegrarme cuando más lo necesitaba, a mis amigos por darme animo y rescatar la alegría que perdí, a mi tía roció por haber confiado en mí al permitirnos usar el vehículo para realizar las pruebas, a todos los que nos apoyaron, a la empresa, a él mudito, a Kiko, a todos los que nos acompañaron y nos dieron su apoyo, a los jurados Ing. Felipe y Ing. Pedro y a nuestro asesor de tesis Ing. Pedro Pérez, por darnos la oportunidad de demostrarle la importancia de nuestro trabajo. También quiero darle las gracias a Carolina por Alejarse de mi Vida cuando más necesitaba pensar en mi y en mi proyecto, por evitar que perdiera mi tiempo, y por enterrarme vivo y ponerme un obstáculo y una difícil prueba para el corazón, que solo los hombres grandes como yo pueden lograr superar. Nada es imposible, porque yo todavía creo en las hazañas que terminan en proezas. OMAR HUMBERTO AVILA El espacio en este trabajo que denominan dedicatoria, es la parte que con palabras sinceras y breves, se quiere señalar a las personas que influyen o aportan al proyecto, por eso de la manera más sencilla, humilde y sobre todo agradecida quiero dedicar este trabajo a las personas q nombro a continuación. A mi padre, que para mí siempre será el modelo a seguir, que no es ingeniero pero es el más sabio en cuestiones de la vida y nunca me ha dejado de guiar en este pequeño recorrido de 22 años, a él le debo la vida en pasado, presente y futuro, es el mejor maestro que cualquier persona podría tener. A mi madre, que me ayuda día tras día, y me da ese apoyo que no me deja rendirme jamás, a mi hermana que me da esa seguridad y ese orgullo de ser mi sangre, en ella deposito gran confianza para el resto de la vida. Quedare siempre agradecido con los ingenieros Pedro Prieto, Pedro Pérez y Felipe Mazuera, porque ellos fueron el apoyo para hacer este proyecto, a la familia de mi compañero de tesis, porque me hicieron un miembro más en la familia, a mi compañera Andrea Rodríguez por la colaboración que siempre nos brindo, enseñándonos el verdadero significado de la amistad. Quiero dar las gracias a Paola Torres, por ayudarme a dar este gran paso en mi vida, por enseñarme a creer en mí, por esperarme durante mucho tiempo y aprender que lo que es de uno es de uno, así hallan miles de opciones más. Si una persona es perseverante, aunque sea dura de entendimiento, se hará inteligente; y aunque sea débil se transformará en fuerte. Leonardo Da Vinci MIGUEL LEANDRO BAQUERO AGUAS
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION 17 ANTECEDENTES 21 JUSTIFICACION 22 DEFINICION DEL PROBLEMA 24 OBJETIVOS DEL PROYECTO 25 CAPITULO I. ESTUDIO DE LAS PARTES DE LOS SISTEMAS DE GAS NATURAL PARA VEHICULOS ASPIRADOS. 26 1.1 EL GAS NATURAL 26
1.1.1Definición 26 1.1.2 Características 26
1.2 PROPIEDADES FISICAS DEL GAS NATURAL 27 1.2.1 Estado 27 1.2.2 Olor, Color, Sabor 27 1.2.3 Gravedad específica 28 1.2.4 Toxicidad 28 1.2.5 Temperatura calorífica 29
Tabla 1.6: compresibilidad del gas en cilindros a 200 bares de presión. 30 1.3 PROPIEDADES QUÍMICAS DEL GAS NATURAL 31
1.3.1 Relación aire/ combustible (a/c): 31 1.3.2 Mezcla en combustión: 32 1.3.3 Combustión: 32 1.3.3.1 Velocidad de llama o encendido: 33 1.3.3.2 Octanaje: 34 1.3.3.3 Rango de inflamabilidad: 34 1.3.4 Unidad de medida 34 1.3.5 Equivalencia energética. 34 1.3.6 Comparación 36
1.4 USOS DEL GAS NATURAL 37 1.4.1Aplicaciones en el sector petrolero 37 1.4.2 Aplicaciones en el sector no petrolero 37 1.4.3 Ventajas y Desventajas del uso de GNC como Combustible 38 1.4.3.1 Ventajas 38 1.4.3.2 Desventajas 38 1.4.4Diferencia entre Gas Natural para Vehículos (GNC) y Gas 39 1.4.5 Red de Distribución 40 1.4.6 Expendio de GNC 40
1.5 EL VEHÍCULO CONVERTIDO 41 1.5.1 Instalación del equipo: 41 1.5.2Tipos de Conversión: 41 1.5.3 Talleres de Conversión 42 1.5.3.1 Personal: 42 1.5.3.2 Áreas de seguridad: 42 1.5.3.3 Talleres de Conversión 42
1.5.3.4 Seguridad en los talleres de conversión. 43 1.5.4 La conversión del vehiculo 44 1.5.4.1 Pruebas de preconversión 44 1.5.4.2 Inspección visual: 44 1.5.4.3 Consideraciones previas a la instalación 45
1.6 CILINDRO DE ALMACENAMIENTO 46 1.6.1 Diseño: 46 1.6.1.1Difusión: 46 1.6.1.2 Densidad: 46 1.6.1.3 Capacidad: 47 1.6.1.4 Certificación 47 1.6.1.5 Revisiones Periódicas 47 1.6.2 Accesorios del cilindro 48 1.6.2.1 Válvula de cierre 48 1.6.2.2 Dispositivos: 50 1.6.2.2.1Sistema de alivio de presión: 50 1.6.2.2.2 Control de exceso de flujo: 50 1.6.2.2.3 Sistema de Ventilación 50 1.6.3 Lugar de Instalación. 51 1.6.3.1 Preparación: 52 1.6.3.2 Instalación de la válvula de cierre 52 1.6.4 Montaje del cilindro 53
1.7 REGULADOR DE PRESIÓN 55 1.7.1 Tipos 55 1.7.1.1 Sistema de dos reguladores: 55 1.7.1.2 Sistema de un solo regulador 56 1.7.1.3 Sistema de Inyección: 56 1.7.2 Sistema de calefacción 57 1.7.3 Principios de funcionamiento 58 1.7.3.1 Presión diferencial: 58 1.7.3.2 El Equilibrio 58 1.7.3.3 Etapas de Reducción 58 1.7.3.4 Lugar de instalación 60 1.7.3.4.1 Instalación 61
1.8 ELECTRO VÁLVULAS DE CORTE DE COMBUSTIBLE 61 1.8.1 Funcionamiento de las electroválvulas 62 1.8.2 Electro válvula de gasolina 62 1.8.2.1 Instalación electro válvula de gasolina 63 1.8.2.2 Relé para corte de gasolina de vehículos de inyección. 64 1.8.2.2.1 Instalación de Relé: 65
1.9 ELECTRO VÁLVULA DE GNC 66 1.9.1 Corte de GNC por señal electrónica: 66 1.9.2 Corte de GNC por señal de vacío 66 1.9.3 Corte de GNC por señal de presión de aceite: 67 1.9.4 Instalación de electro válvula de GNC: 67
1.10 CONMUTADOR O SELECTOR DE COMBUSTIBLE 67 1.10.1 Posiciones del selector 67 1.10.2 Instalación del selector 68
1.11 PICO DE LLENADO 69 1.11.1 Instalación del pico de llenado 69
1.12 TUBERÍAS, CONECTORES Y MANGUERAS 70 1.12.1 Instalación de tubería de alta presión 70 1.12.2 Conectores de alta presión 72 1.12.2.1 Tipos de conector utilizado 72 1.12.3 Mangueras de Gasolina 73 1.12.3.1 Mangueras de Agua 73 1.12.3.2 Manguera de Gas de Baja Presión 73 1.12.3.3 Instalación de las mangueras 73
1.13 INDICADOR DE PRESIÓN 74 1.13.1 Manómetro: 74 1.13.2 Instalación del Manómetro: 74 1.13.3 Indicador de nivel. 75
1.14 MEZCLADOR AIRE / COMBUSTIBLE 75 1.14.1 Tipos de mezcladores 76 1.14.1.1 Mezclador Tipo Venturi 76 1.14.1.2 Mezclador Modelo Sónico 78 1.14.1.3 Mezclador Modelo Brida 78 1.14.1.4 Mezclador Modelo Plato 79 1.14.1.5 Mezclador Modelo Tubos 80 1.14.1.6 Mezclador Tipo Área Variable 81
1.15 VARIADOR DE AVANCE O CURVA 82 1.15.1 Funcionamiento 82 1.15.1.1 Método de retardar el encendido: 83 1.15.1.2 Método de avance de encendido: 83 1.15.1.3 Método de optimización del tiempo de encendido: 83
1.16 PRUEBAS DE POSTCONVERSIÓN 84 1.16.1 Pruebas de fuga: 84 1.16.1.2 Fugas de GNC: 84 1.16.1.2 Fugas de Gasolina 85 1.16.1.3 Entonación del vehículo en ambos combustibles. 85 1.16.2 Prueba de recorrido 85
1.17 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA CICLO OTTO 85 1.17.1 CICLOS GENÉRICOS: 85 1.17.2 Condiciones para maximizar el rendimiento del Ciclo 87 1.17.3 El conducto de admisión de un motor 88
1.18 TEORÍA DEL TRANSMISOR DE POTENCIA Y VÁLVULA DE AHOGO 89
1.18.1 Válvulas tipo mariposa 89 1.18.1.1 Características 89 1.18.2 Servomotores 90 1.18.2.1 Características 91 1.18.2.2 Composición del servo 91 1.18.2.3 Funcionamiento del servo. Control PWM 92
CAPITULO II. DETERMINACIÓN DE LOS CRITERIOS DE SELECCIÓN 95 DEL MECANISMO A DISEÑAR. 95 2.1 NORMATIVIDAD 95
CAPITULO III. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE MATERIALES DE FABRICACION DEL DISPOSITIVO Y DISPOSITIVO MOVIL PARA LA APERTURA DE LA VALVULA 96 3.1 SELECCIÓN DE MATERIALES Y DISEÑO PARA EL DISPOSITIVO MECÁNICO 97
3.1.1 Criterios de selección de materiales para el dispositivo mecánico. 97 3.2.2.1 Partes fabricadas 100 3.2.2.2 Aluminio 100 3.2.2.3 Anticorodal-110 en AW-6082/AlMgSi 100 3.2.2.4 Partes fabricadas 101 3.3 Diseño del dispositivo 101 3.3.1 Análisis de flujo masivo en el dispositivo y caudal saliente. 101 3.3.2. Ensayos realizados al dispositivo 103 3.3.2.1 Resistencia hidrostática. 103 3.3.2.2. Fugas 103 3.3.2.3 Operación continúa. 104 3.3.2.4 Ensayo de resistencia a la corrosión. 104 3.4 análisis de deflexión y carga critica del diseño para la moneda y el eje 104 3.4.2 Análisis de deflexión de la moneda 104 3.4.3 analisis de deflexión del eje 106 3.4.4 Servomotor 107
3.3 DISEÑO ELECTRÓNICO PARA EL FUNCIONAMIENTO AUTOMÁTICO DEL MEZCLADOR. 108
3.3.1 Filtros de alimentación. 108 3.3.2 Diseño de la tarjeta 109 3.3.3 Seguridad y potencia. 110 3.3.4 Sensor de altura 111 3.3.4.1 Caracterización del sensor. 111
CAPITULO IV VERIFICACION DEL ESTADO DEL VEHICULO 115 4.1 Pruebas electricas, y verificacion para la realizacion de prueba dinamometrica 115 4.2 Pruebas de estado del vehiculo 115 4.3 Pruebas del sistema electrico 116
4.3.1 Objetivo 116 4.3.2 Descripción de la prueba 116 4.3.3 Equipos de medición 116 4.3.4 Descripción de los resultados 117 4.3.5 Resultados y análisis 117 4.3.6 Estado de la batería 117 4.3.7 Voltaje de resistencias y baterías 117
4.4 PRUEBAS DEL ESTADO DEL MOTOR 118 4.4.1Objetivo 118 4.4.2 Descripción de la prueba 118 4.4.3 Equipos de medición 119 4.4.4 Descripción de los resultados 119 4.4.5 Conclusiones 119
4.5 PRUEBA DEL SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES 119 4.5.1 Objetivo 119
4.5.2 Descripción de la prueba 120 4.5.3 Equipos de emisión 120 4.5.4 Descripción de los resultados 121 4.5.5 Resultados y análisis 121 4.5.6 Conclusiones 121
CAPITULO V PRUEBA DE DESEMPEÑO MECANICO 121 5.1 PRUEBAS DE ACELERACIÓN EN PLANO 122 5.1.1 Objetivo 122 5.1.2 Descripción de la prueba 122 5.1.3 Equipos de medición para pruebas de laboratorio 122 5.1.3.1 Dinamómetro de chasis. 122 5.1.3.2 Medición de temperatura 123 5.1.4 Equipos de medición pruebas de carretera 124 5.1.4.1 Quinta rueda. 124 5.1.4.2 Medición de temperaturas. 125 5.1.5 Descripción de los resultados 125 5.1.6 Resultados y análisis 125
5.2 PRUEBAS DE ACELERACION EN PENDIENTE 130 5.2.1 Objetivo 130 5.2.2 Descripción de la prueba 130 5.2.3 Equipos de medición para pruebas de laboratorio 130 5.2.4 Equipos de medición para pruebas de carretera 130 5.2.5 Descripción de los resultados 131 5.2.6 Resultados y análisis 131
CONCLUSIONES 132 BIBLIOGRAFIA 133
LISTA DE FIGURAS
FIGURA1 OPERACIONES PRINCIPALES DE UN CARBURADOR DE SURTIDOR FIJO 18 FIGURA 2: DIAGRAMA DE PROCESO DE MEZCLADO DE GAS Y AIRE EN EL MOTOR 23 FIGURA 3: DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO CON EL NUEVO MEZCLADOR 23 FIGURA 4: YACIMIENTO DE GAS NATURAL 26 FIGURA 5: PROCESO DEL GAS NATURAL 27 GRAVEDAD ESPECÍFICA 28 FIGURA 6: PORCENTAJE DE MEZCLA DE GAS EN COMBUSTIÓN. 32 FIGURA 7: TRIANGULO DE COMBUSTIÓN. 33 FIGURA 8: DIAGRAMA DE COMBUSTIÓN CON REACTIVOS Y RESULTADO DE LA REACCIÓN.33 FIGURA 9: FACTORES DE CONVERSIÓN ENERGÉTICA. 35 FIGURA 10: TABLA DE EQUIVALENCIA EN GALONES 35 FIGURA 11: REQUISITO VOLUMÉTRICO DE LOS DIFERENTES COMBUSTIBLES DE LA INDUSTRIA
35 FIGURA 12: PARTES DEL CILINDRO PARA LAS CONVERSIONES. 48 FIGURA 13: MATERIAL DE LOS CILINDROS PARA LA CONVERSIÓN. 48 FIGURA 14: VÁLVULA DE CIERRE 49 FIGURA 15. PARTES DE LA VÁLVULA DEL CILINDRO 49 FIGURA 16: CONTROL DE EXCESO DE FLUJO 51 FIGURA 17: INSTALACIÓN DE LA BOLSA SE VENTEO Y VÁLVULA DE CIERRE 53 FIGURA 18: CORREAS DE SUJECIÓN CON SUS RESPECTIVAS ESPECIFICACIONES. 54 FIGURA 19: SISTEMA DE DOS REGULADORES 55 FIGURA 20: REGULADOR DE UNA SOLA ETAPA 56 FIGURA 21: REGULADOR PARA SISTEMAS DE INYECCIÓN 57 FIGURA 22: SISTEMA DE CALEFACCIÓN DEL REDUCTOR 58 FIGURA 23: PRESIÓN DE REGULACIÓN VA EN AUMENTO 59 FIGURA 24: PRESIÓN DE REGULACIÓN LLEGA AL PUNTO DE CALIBRACIÓN 59 FIGURA 25: ELECTRO VÁLVULA DE GASOLINA 62 FIGURA 26. DIAGRAMA DE INSTALACIÓN DE LA ELECTRO VÁLVULA DE GASOLINA 64 FIGURA 27: INSTALACIÓN DE RELÉ DE CORTE DE GASOLINA 65 1.9 ELECTRO VÁLVULA DE GNC 66 FIGURA 28: VÁLVULA DE GNC 66 FIGURA 29: CONMUTADOR PARA VEHÍCULOS CARBURADOS. 68 FIGURA 30: CONMUTADOR PARA VEHÍCULOS INYECTADOS. 68 FIGURA 31: PICO DE LLENADO. 70 FIGURA 32: TUBERÍA PARA GNC 72 FIGURA 33: TIPO DE CONECTOR PARA TUBERÍA DE ALTA PRESIÓN 72 FIGURA 34: MANÓMETRO E INSTALACIÓN. 75 FIGURA 35: MEZCLADOR TIPO VÉNTURI 77 FIGURA 36: MEZCLADOR MODELO SÓNICO 78 FIGURA 37: MEZCLADOR TIPO BRIDA 79 FIGURA 38: MEZCLADOR TIPO PLATO 80 FIGURA 39: MEZCLADOR TIPO TUBO 81 FIGURA 40: MEZCLADOR TIPO ÁREA VARIABLE 82 FIGURA 41: CURVA DE FUNCIONAMIENTO DEL AVANCE DE LA CHISPA. 82 FIGURA 42: CICLO GENÉRICO DE MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA 86 FIGURA 43: RELACIÓN DE COMPRESIÓN 87 FIGURA 44: ÁREA DE TRABAJO PARA MAXIMIZAR EL RENDIMIENTO DEL MOTOR. 88 FIGURA 45: CUERPO DE ADMISIÓN 88 FIGURA 46: VÁLVULA DE MARIPOSA 89 FIGURA 47: VÁLVULA PARA TUBERÍAS 90 90 FIGURA 48: SERVOMOTOR 91
FIGURA 49: CONFIGURACIÓN DEL SERVO 92 FIGURA 50: ENGRANAJES DEL SERVO 92 FIGURA 51: PWM PARA RECORRER TODO EL RANGO DE OPERACIÓN DEL SERVO 93 FIGURA 52: TREN DE PULSOS PARA CONTROL DEL SERVO 94 FIGURA 53: OTRA POSIBILIDAD DE PULSOS DE CONTROL 94 FIGURA54 PARTES DEL DISPOSITIVO 96 FIGURA 55. DISPOSITIVO COLOCADO EN EL VEHÍCULO. 97 FIGURA 56. CAUDAL DEL AIRE EN RELACIÓN CON EL ÁNGULO DE LA MARIPOSA 103 FIGURA 57 VIGA EMPOTRADA 105 FIGURA 58: MONEDA PARA LA VÁLVULA 106 FIGURA 59: VIGA BIEMPOTRADA 106 FIGURA 60: EJE DE LA VÁLVULA 107 FIGURA 61 FILTRO DE ALIMENTACIÓN 109 FIGURA 62 DISEÑO SUPERIOR DE LA TARJETA 110 FIGURA 63 DISEÑO INFERIOR DE LA TARJETA 110 FIGURA 64 DISEÑO ELECTRÓNICO DE POTENCIA 111 FIGURA 65 VOLTAJE VS ALTURA 113 FIGURA 66 PRESIÓN VS ALTURA 114 FIGURA 67 PRESIÓN VS VOLTAJE 114 FIGURA 70 REVOLUCIONES PARA LA ACELERACION EN PLANO 129 FIGURA 71 ACELERACIÓN EN PENDIENTE 131
LISTA DE TABLAS
TABLA 1.1: GRAVEDAD ESPECIFICA DE LOS DIFERENTES GASES PARA COMBUSTIÓN 28 TABLA 1.2: COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL GAS NATURAL. 29 TABLA 1.3: TEMPERATURA CALORÍFICA DEL GAS 29 TABLA 1.4: EQUIVALENTES DE PRESIÓN DEL GAS. 30 TABLA 1.5: COMPOSICIÓN TÍPICA DEL GAS NATURAL VEHICULAR. 30 TABLA 1.6: COMPRESIBILIDAD DEL GAS EN CILINDROS A 200 BARES DE PRESIÓN. 30 TABLA 1.7: RELACIÓN PESO VOLUMEN GASOLINA VS. GAS NATURAL 31 TABLA 1.8: COMPARACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LA GASOLINA Y EL GAS NATURAL 36 TABLA 1.9: COMPARACIÓN ENERGÉTICA DE LOS DIFERENTES COMBUSTIBLES EN PESO POR
GALÓN 37 TABLA 1.10: TABLA COMPARATIVA DE LOS GASES UTILIZADOS EN LAS CONVERSIONES A GAS 39 TABLA 1.11: TIPOS DE MEZCLADORES 76 TABLA 3.1. COMPOSICIÓN QUÍMICA. 99 TABLA 3.2 PROPIEDADES FÍSICAS DEL ANTICORODAL 100 TABLA 3.3. ENSAYOS APLICABLES AL MEZCLADOR AIRE/GAS 103 TABLA 3.4: CARACTERÍSTICAS DEL SERVOMOTOR A UTILIZAR 108 TABLA 3.5 CARACTERIZACIÓN DEL SENSOR 112 TABLA 4.1 PRUEBAS DE OPTIMIZACIÓN 115 TABLA 4.2 DESCRIPCIÓN DE PRUEBAS DE ELECTRICIDAD 116 TABLA 4.5: VOLTAJE Y BATERÍA 118 TABLA 4.6 PARÁMETROS Y RANGOS PERMISIBLES 118 TABLA 4.7 COMPRESIÓN 119 TABLA 4.8 EQUIPOS DE MEDICIÓN 120 TABLA 4.9 CARACTERÍSTICAS DE LOS SENSORES 120 TABLA 4.10 RESULTADOS Y ANÁLISIS 121 TABLA 5.1 CARACTERÍSTICAS DEL DINAMÓMETRO 123 TABLA 5.2 MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA 124 TABLA 5.3 TARJETA DE ADQUISICIÓN 124 TABLA 5.4 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA QUINTA RUEDA 125 TABLA 5.5 COMPARACIÓN DE TIEMPOS 127 TABLA 5.6 COMPARACIÓN DE TIEMPOS 2 128 TABLA 5.7 TIEMPO PROMEDIO PARA LA REALIZACIÓN DE CAMBIOS 129
LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1. COSTOS Y RECURSOS FINANCIEROS DEL DISPOSITIVO .................................................134 ANEXO 2. PROGRAMA DE EJECUCIÓN CPM Y GANTT...................................................................135 ANEXO 3. DATASHEET DEL MICROPROCESADOR PIC16F873........................................................136 ANEXO 4. DATASHEET DEL 7805 ...................................................................................................139 ANEXO 5. DATASHEET DEL TIP 41C ...............................................................................................142 ANEXO 6. DATASHEET DEL MPX 4100...........................................................................................144 ANEXO 7. PLANOS DEL PROTOTIPO ..............................................................................................148
RESUMEN
El presente trabajo tiene como objetivo mejorar el proceso de mezclado de combustible en los vehículos aspirados convertidos a gas natural. En este proyecto se utiliza el Modelamiento, simulación y creación de un prototipo funcional, para el proceso de mezclado de combustible en el cuerpo de admisión de un motor a gasolina de inyección.
GLOSARIO
Mezcla estequiométrica: Relación entre aire y combustible que varía constantemente en un motor de pistones. Esta proporción se calcula de acuerdo al peso.
GNV: sigla con las iníciales de (gas natural vehicular) GNC: sigla con las iníciales de (gas natural comprimido) Efecto Vénturi: consiste en que la corriente de un fluido dentro de un conducto cerrado disminuye la presión del fluido al aumentar la velocidad cuando pasa por una zona de sección menor.
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INTRODUCCION La normatividad actual respecto al uso de combustibles alternativos a la gasolina y los derivados del petróleo, ha permitido el desarrollo de la investigación y el análisis de nuevos combustibles para sustituir estas antiguas fuentes de energía que son nocivas para el hombre, e influyen profundamente en el calentamiento global y la contaminación atmosférica. El gas natural se ha convertido en la principal alternativa para reemplazar la gasolina ya que posee grandes ventajas respecto a los combustibles derivados del petróleo. El metano, principal componente del gas natural, tiene una gravedad específica con relación al aire mucho menor, razón por la cual, el gas natural presenta esta característica básica de menor peso que el aire, por lo que en la atmósfera se dispersa rápidamente. Tomando en cuenta las propiedades físico-químicas del gas natural, se pueden considerar algunas ventajas de su uso, entre las cuales las más importantes pueden ser las que a continuación se expresan: 1. Es un combustible relativamente barato. 2. Presenta una combustión completa y limpia. 3. Seguridad en la operación, debido a que en caso de fugas, al ser más ligero que el aire, se disipa rápidamente en la atmósfera. Únicamente, se requiere tener buena ventilación. 4. Asegura una eficiencia en la operación. El precio del Gas natural es aproximadamente un 50% del precio de la gasolina y el diesel en términos de costo directo. Pero en realidad el usuario ahorra mucho más, ya que el motor extiende su vida útil y requiere menores gastos de mantenimiento, ya que alarga el lapso de cambio de aceite y de bujías de encendido y la necesidad de afinación del motor. Colombia posee una gran reserva de gas y tiene una de las redes de gasoductos más importantes de Latinoamérica. El Gas natural es un combustible limpio que puede mejorar sensiblemente las condiciones ambientales, disminuyendo la creciente contaminación urbana. Todos los beneficios que aporta el uso del Gas natural, están a disposición del usuario sin que pierda la posibilidad de alimentar a voluntad su vehículo con gasolina mediante accionamiento de un comando en su tablero de instrumentos.
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En el campo de los carros convertidos a gas natural el mezclador de combustible se convirtió en parte esencial del equipo, porque permite una mejor asimilación de la mezcla rica. Para que el motor de un automóvil funcione a velocidades muy diversas y bajo diferentes cargas la mezcla de aire y combustible administrada a las cámaras de combustión necesita variar constantemente, tanto en volumen como en riqueza este trabajo lo lleva a cabo el carburador en todos los vehículos, excepto en los que tienen un mecanismo de inyección de combustible.
Figura1 operaciones principales de un carburador de surtidor fijo
Aunque los carburadores varían mucho en trazado, todos trabajan para el mismo fin: para permitir que cantidades de combustible cuidadosamente reguladas se vaporicen y sean luego absorbidas por el motor. El combustible va arrastrado hacia el motor debido al vacio que se produce en el carburador cuando el pistón absorbe aire a través de él en su carrera de admisión. Los fundamentos de la carburación pueden entenderse mejor con la ayuda de un modelo muy sencillo el carburador esta unido al colector de admisión del motor, y todo el aire que entra al motor debe pasar a través del tubo cilíndrico central. Dentro de este tubo hay un estrechamiento que se llama difusor o venturi. Cuando funciona le motor. Absorbe aire que atraviesa el tubo central debido al vacio producido por la carrera de admisión del pistón. Al pasar por el tubo, el aire se ve obligado a aumentar de velocidad para atravesar el estrechamiento. Esto tiene como resultado una caída en la presión del aire, conocida por efecto venturi. Colocando una pequeña toma en la parte estrecha del venturi, el vacio
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parcial atrae combustible, almacenando convenientemente en un depósito o cuba próximo al tubo del carburador. Un diseño tan sencillo como este requiere muchas modificaciones antes de que pueda atender a las variadas demandas de un vehículo. En primer lugar, se necesita un método para controlar la velocidad del motor: este es una válvula de mariposa colocada en la parte inferior del tubo. Esta válvula va conectada directamente al pedal del acelerador y se abre completamente cuando se aprieta este a fondo. Si el pedal está parcialmente suelto, la mariposa estrecha el tubo y limita el paso de aire. De esta manera se controla la velocidad del motor. También es necesario regular la cantidad de combustible que entra en la corriente de aire, puesto que el motor solo funcionara si recibe la mezcla de aire combustible que contenga la cantidad correcta de este último en suspensión. En la motorización por carburación que corresponde generalmente a vehículos de antes de 1996, los sistemas de conversión suelen ser muy simples, haciendo que el motor aspire la cantidad de gas necesaria para su marcha. Estos motores en general no traen sistemas de control de emisión vehicular ni dispositivos electrónicos de control, por lo que el problema se reduce a hacer eficiente la mezcla aire-gas natural a través de dosificadores más eficaces y conseguir avances de encendido apropiados para cada motor. En este tipo de conversión se introdujo el “variador de encendido”, que es un dispositivo que Cumple la función de obtención de un correcto encendido sin alterar las condiciones de avance para el combustible original gasolina. Asimismo se introdujeron los mezcladores para optimizar la calidad de la mezcla aire-combustible, mejorando el rendimiento del vehículo. El Mezclador es el componente del equipo de gnc que reúne el oxigeno que proviene del filtro de aire con el gas que pasa por el reductor de presión, produciendo la mezcla carburante que ingresa en la cámara de combustión del motor. La mezcla aire-gas es succionada por el vacío que produce el cilindro en la 1ª etapa de admisión del carburante. En los motores de ciclo OTTO la mezcla de combustible líquido se hace en el carburador y el mezclador se monta sobre la abertura del mismo, o en el conducto de aire. En los motores a inyección el mezclador se intercala en el conducto de aspiración de aire. Funcionamiento: El motor de cuatro tiempos produce vacío, en forma similar a una bomba de aire: aspira aire y combustible, los cuales entran por la válvula de admisión comenzando el llenado del cilindro. Cuando se anexa el gas natural comprimido, el mezclador (también llamado difusor, dosificador, mixer, carburador), se convierte en la pieza fundamental para mezclado adecuado del oxígeno con el metano.
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La depresión que produce el pistón genera la apertura de la membrana o el diafragma permitiendo el paso del gas hacia el mezclador y su encuentro con el aire. En este instante se hacen homogéneas las moléculas de gas con las de aire, haciendo que el efecto Vénturi que incorpora el diseño del mezclador, produzca la turbulencia necesaria en la mezcla, para hacer el ingreso y llenado en forma óptima en la cámara de combustión y obtener la máxima potencia.
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ANTECEDENTES En el marco colombiano, el desarrollo de mezcladores no se encuentra en un proceso de desarrollo, debido a que todos los equipos son traídos de Argentina. En este país si hay bastante investigación por parte de las compañías como Progas S.A., Centro Motor Gas S.R.L y Tomaseto lovato. Pero en el aspecto universitario no se encuentran proyectos con la modificación del mezclador. El uso de mezcladores en los equipos que se utilizan para las conversiones en Colombia, son mezcladores fijos con vénturis, que no permiten que el carro desarrolle un funcionamiento óptimo cuando opera en gasolina y en gas. En la actualidad la industria colombiana y en especial la empresa cymcol. S.a. es la única empresa que se dedica a realizar los mezcladores con vénturis para tratar de regular la mezcla estequiométrica en los vehículos convertidos a gas natural, pero posee estas desventajas:
1. no tienen una estandarización en la realización de los mezcladores por lo que a cada modelo de vehículo se le debe hacer su mezclador.
2. realizan mezcladores con efecto vénturi, que de un modo u otro
ahoga los automotores cuando trabajan a gasolina
3. Costo elevado e ineficiencia a la hora de montar el mezclador en el vehículo.
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JUSTIFICACION Viendo las desventajas de las conversiones a gas natural respecto a la pérdida de potencia en los motores, se cuestionan cuales son las posibles causas del problema en los motores carburados. Las conversiones tradicionales no permiten desarrollar todas las ventajas que el gas natural puede ofrecer como un combustible para motores de combustión interna. Las desventajas incluyen una pérdida de potencia máxima de aproximadamente del 10 al 15 %, una reducción de la eficiencia del combustible como resultado de una menor eficiencia del ciclo y además un menor nivel de emisiones contaminantes. Las conversiones modernas tienen la capacidad de interactuar con los sistemas de control electrónico para adelantar el tiempo de chispa y lograr incrementar el tiempo de la combustión del gas. Los carburadores o mezcladores están siendo abandonados en favor de los sistemas de inyección, pero en Colombia el parque automotor convertido es en su gran mayoría con carburador. El proveer un control de combustible de mayor precisión conduce a un mejor desempeño, economía de combustible y reducción de emisiones. Viendo la inconformidad de los usuarios de los vehículos convertidos a gas natural era frecuente en el aspecto de pérdida de potencia de los vehículos, se decide analizar el problema, para poder acondicionar el mecanismo y minimizar perdidas de combustible, potencia, y rendimiento en los vehículos. El proyecto de grado se enfoca en el dispositivo encargado de mezclar el aire-combustible, ya que se puede modificar sin incrementar en un valor considerable los costos del equipo. La intención es lograr comercializar el dispositivo. En la figura 2 se ilustra el diagrama que muestra cómo funciona el sistema de conversión a gas natural normalmente.
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Figura 2: diagrama de proceso de mezclado de gas y aire en el motor
En la figura 3 vemos el esquema que muestra el funcionamiento del sistema con el nuevo mezclador.
Figura 3: diagrama de funcionamiento con el nuevo mezclador
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DEFINICION DEL PROBLEMA
En Colombia las conversiones a gas natural poseen un problema debido a la topografía de nuestro país, el papel que juega la altura y la presión atmosférica hacen que la combustión del motor no sea óptima. La densidad del gas al ser menor que la del aire, hace que se evapore y se pierda mezcla rica en la combustión cuando la presión atmosférica disminuye, es decir cuando el vehículo trabaja en una zona de mayor altura.
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OBJETIVOS DEL PROYECTO
OBJETIVOS Objetivo general
Diseñar y construir el sistema de mezclado automático para la mezcla de aire-combustible en motores aspirados de vehículos convertidos a gas natural
Objetivos específicos
• Identificar y analizar las variables involucradas en el proceso de automatización del mezclador. (fuerza, desplazamiento, temperaturas, presión).
• Diseñar e innovar un control automático para el mecanismo de
accionamiento del mezclador.
• Caracterizar el sensor de altura, teniendo en cuenta la presión atmosférica.
• Diseñar la etapa de potencia en el circuito eléctrico de la tarjeta.
• Innovar y modificar el sistema mezclador del kit de conversión a
gas natural.
• Implementar el dispositivo en un vehículo para verificar la funcionalidad y el rendimiento del vehículo con el equipo
• Obtener curvas de potencia que ilustren las diferencias en el
sistema cuando funciona con gas, y cuando funciona con gasolina.
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CAPITULO I. ESTUDIO DE LAS PARTES DE LOS SISTEMAS DE GAS NATURAL PARA VEHICULOS ASPIRADOS.
Visión General Una de las mezclas gaseosas que se usan en el mundo como combustibles, es el GAS NATURAL, es producto de la formación del petróleo del subsuelo, siendo una mezcla de metano y etano en ocasiones se puede presentar asociado a este y en otras en yacimientos aislados, en los inicios de la explotación petrolera se le consideraba como un contaminante que tenía que quemarse, actualmente es además de un combustible muy limpio, la base de toda la petroquímica.
1.1 EL GAS NATURAL
1.1.1Definición Es una mezcla de hidrocarburos gaseosos que incluye el metano (CH4), en mayor proporción. El Gas Natural se encuentra en el subsuelo en grandes yacimientos, libre o asociado al petróleo. Casi toda la producción de Gas Natural en Venezuela (98%) proviene de este último. 1.1.2 Características Las características del gas natural son definidas a partir de sus propiedades físicas y química, rango de inflamabilidad y la equivalencia energética.
Figura 4: yacimiento de gas natural
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Figura 5: proceso del gas natural
1.2 PROPIEDADES FISICAS DEL GAS NATURAL 1.2.1 Estado El gas natural siempre se encontrará en estado gaseoso a cualquier temperatura, por encima de –126cº. Es por esa razón que el gas natural en condiciones de presión y temperatura ambiente se transporta y almacena en estado gaseoso. 1.2.2 Olor, Color, Sabor En su estado puro, tal como fluye del yacimiento, el gas natural no tiene color, sabor, ni olor. Sólo por razones de seguridad y para detectar casos de fuga, se le agrega un odorante llamado etil mercaptano. Cuando Se trabaja con gas natural, no sólo se confiará en el olor para detectar fugas, siempre será obligatorio aplicar otro procedimiento de prueba de fugas (detector electrónico de fugas, inspección con espuma de agua jabonosa.
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1.2.3 Gravedad específica La gravedad específica se define como la relación entre la densidad del gas y la densidad del aire seco, tomados a la misma presión y temperatura. Si se toma como referencia la densidad del aire con un valor igual a uno (1), se tienen las siguientes gravedades específicas:
Tabla 1.1: gravedad especifica de los diferentes gases para combustión
Elemento Gravedad específica
Aire
1,00
Metano
0,55
Gas Natural
0,60
Propano
1,56
Butano
2,00
El gas natural al tener una gravedad específica menor que el aire, significa que pesa menos que éste, por lo tanto, cualquier fuga o escape de gas se disipará rápidamente en la atmósfera, eliminando el posible riesgo de concentración de mezclas explosivas, ventajas ésta que no tienen los combustibles líquidos (gasolina y diesel) ni el GLP ( mezcla butano propano). 1.2.4 Toxicidad El gas natural no contiene ningún componente tóxico, por lo tanto no representa riesgo para la salud, en caso de ser respirado accidentalmente.
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Tabla 1.2: composición química del gas natural.
1.2.5 Temperatura calorífica La temperatura calorífica del gas natural depende de su volumen y de la presión a la cual está siendo sometido el gas.
Tabla 1.3: temperatura calorífica del gas
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Tabla 1.4: equivalentes de presión del gas.
Tabla 1.5: composición típica del gas natural vehicular.
Tabla 1.6: compresibilidad del gas en cilindros a 200 bares de presión
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1.3 PROPIEDADES QUÍMICAS DEL GAS NATURAL 1.3.1 Relación aire/ combustible (a/c): Esta relación, define la cantidad de aire y de combustible necesarios para lograr una combustión. Cuando la relación aire / combustible se logra en proporciones correctas, se le llama relación estequiométrica1. Para el caso de gas natural, la relación estequiométrica se indica en volumen; en cambio para la gasolina se indica en relación de peso o de masa. Si comparamos estos dos combustibles tendremos:
Tabla 1.7: relación peso volumen gasolina vs. Gas natural
Relación a/c
Peso
Volumen
Gasolina
14,7 : 1
64 : 1
Gas Natural
16 : 1
Entre 9,5 y 11, 1: 1
El valor entre 9,5 y 11,1 a 1 es la relación ideal (estequiométrica) para el gas natural. Lógicamente, debido a que la composición del gas no es siempre la misma, esta relación de volumen (a / c)2 no será exacta. En un motor, la máxima cantidad de energía disponible depende del volumen de desplazamiento del cilindro y del contenido de energía de la mezcla. Como el volumen del cilindro es constante, la energía disponible dependerá sólo del tipo de combustible utilizado y de la relación (a / c) lograda. La gasolina entra a la cámara prácticamente en estado líquido, por lo tanto, solo ocupa una pequeña porción del espacio disponible, en cambio el GNC por su estado gaseoso requiere de un mayor espacio. Como consecuencia de esta situación el motor pierde en GNC aproximadamente un 10% de potencia.
1 estequiometría es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en el transcurso de una reacción química. 2 (a/c) relación aire combustible
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Figura 6: porcentaje de mezcla de gas en combustión.
1.3.2 Mezcla en combustión: La figura 3 nos muestra los porcentajes de mezcla que se producen en una combustión normal, la mezcla rica es la que se quema en una manera adecuada en el motor, la mezcla pobre no explota y se pierde y la mezcla flamable es la mezcla que se necesita para el proceso de ignición de la combustión,. 1.3.3 Combustión:
Para que el motor funcione eficientemente, se requiere que el combustible se combine rápida y uniformemente con el aire (oxígeno) para producir combustión. La combustión es el resultado de encender mediante la chispa de la bujía la mezcla aire / combustible comprimida en la cámara de combustión originándose una liberación de calor, así como una gran fuerza de expansión explosión. Mientras más comprimida esté la mezcla mayor será la fuerza que recibirá el pistón. Sin embargo por razones de diseño sólo el 20% de toda esa fuerza de expansión es aprovechada como torque para mover el motor. Mientras menos carbono tenga el combustible mayor será su resistencia a conducir electricidad. El GNC formado principalmente por el hidrocarburo más simple (metano con un solo carbono), en la cámara de combustión, aumentará esa resistencia a la formación del arco de voltaje (chispa). Es por esa razón que se recomienda calibrar la abertura del electrodo de la bujía un 10% por debajo del valor especificado para la gasolina. Por lo dicho anteriormente, es muy importante que un vehículo que se convierta a GNC, tenga en perfectas condiciones el motor, especialmente
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la compresión (fuerza expansión), el sistema de encendido (chispa de la bujía) y el sistema de purificación de aire (relación a / c).
Figura 7: triangulo de combustión.
Figura 8: diagrama de combustión con reactivos y resultado de la reacción.
1.3.3.1 Velocidad de llama o encendido: Es la velocidad con que la mezcla a / c se va quemando en la cámara de combustión desde el momento en que se produce la chispa hasta que la mezcla arde totalmente.
Comparado con otros combustibles, el gas natural tiene una velocidad de llama menor. Por ejemplo: el Hidrógeno a presión atmosférica tiene una velocidad de 2,8 m / s, mientras que el gas natural lo máximo que logra son 0,29 m/s.
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1.3.3.2 Octanaje: Es el número usado para describir la calidad antidetonante de los combustibles comerciales. El GNC1 tiene un octanaje de aproximadamente 130; por su parte nuestra gasolina va de 85 a 95 octanos y el GLP2 tiene 110. El alto octanaje del GNC le proporciona la ventaja de poder ser utilizado en cualquier motor de gasolina; más aún, si el motor se convierte para usar sólo GNC, eliminando el uso de gasolina, se puede aumentar la relación de compresión hasta el máximo que el diseño permita, obteniéndose una mayor potencia, incluso por encima de la potencia original del motor. 1.3.3.3 Rango de inflamabilidad: Es el límite comprendido entre el mínimo y el máximo porcentaje de un gas en una mezcla aire / combustible, dentro del cual esta mezcla puede quemar o explotar. Para el gas natural se tiene un 4% como límite explosivo inferior un 15% para el límite explosivo superior (estos valores son promedios ya que dependiendo de la composición los mismos varían ligeramente). 1.3.4 Unidad de medida El gas natural por encontrarse siempre en estado gaseoso, se mide en metros cúbicos (m³), lo cual representa la cantidad de gas que a presión y temperatura normal (1,03 Kg. / cm. / 14,7 libras por pulgada cuadrada (Lppc) y 21°C), está contenida en un espacio equivalente a un cubo de 1 m de largo, 1 m de ancho y 1 m de alto. Así por ejemplo, la densidad del gas natural es aproximadamente 0,6 Kg. / m³. 1.3.5 Equivalencia energética. Un metro cúbico de GNC, en condiciones normales equivale, aproximadamente, a 1,10 litros de gasolina, es decir un vehículo cuyo motor esté bien entonado puede recorrer alrededor de un 10% más con 1 m³ de GNC que con 1 litro de gasolina
1GNC: Gas natural comprimido 2 GLP: gas licuado de petróleo
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Figura 9: factores de conversión energética.
Figura 10: tabla de equivalencia en galones
Figura 11: requisito volumétrico de los diferentes combustibles de la industria
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1.3.6 Comparación La siguiente tabla nos ilustra de una manera más correcta las características de la gasolina y el GNC.
Tabla 1.8: comparación de las características de la gasolina y el gas natural
Gasolina GNC Densidad ( aire=1) 3,5 0,68
Temperatura de encendido
430 °C 700 °C
Octanaje 83-95 130
Punto de Ebullición 115 °C -165 °C
Reacción química con plásticos
Si No
Relación aire / combustibles (masa)
14,7:1 16:1
Presión de almacenamiento
Atmosférica 3.000 Lppc
Calidad de la mezcla a / c
Pobre Buena
Contaminación: CO, HC, NO
Alta Muy Baja
Velocidad de llama ( m/ s)
0,83 0,29
Contenido de energía ( Btu/1b)
20.000 22.500 aprox.
Fórmula química C5 H12 a C5 H20 CH4 (metano)
Relación de compresión 8,5:1 12:1
Unidad de medición Litro Metro cúbico
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Tabla 1.9: comparación energética de los diferentes combustibles en peso por galón
1.4 USOS DEL GAS NATURAL Entre las aplicaciones que tiene el gas natural se encuentran: 1.4.1Aplicaciones en el sector petrolero
• Inyección para la recuperación de crudos • Materia prima para mejorar la calidad de algunos derivados del
petróleo • Combustible en la generación de vapor y electricidad.
1.4.2 Aplicaciones en el sector no petrolero
• Materia prima en los procesos de reducción del mineral de hierro en las plantas siderúrgicas, procesos petroquímicos y otros.
• Combustible en una amplia gama del sector industrial, siderúrgico,
eléctrico, de aluminio, de cemento y manufacturero, entre otros; en el mercado doméstico y comercial, así como en el caso que nos atañe, combustible alterno a la gasolina para vehículos automotores.
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1.4.3 Ventajas y Desventajas del uso de GNC como Combustible 1.4.3.1 Ventajas Las ventajas de utilizar el GNC como combustible son:
• Reducción de la contaminación ambiental, pues el gas natural es un combustible limpio que no emite residuos contaminantes a la atmósfera.
• Existen amplias reservas probadas del producto.
• Bajos costos de producción distribución y venta al usuario de GNC • Imagen de calidad y eficiencia en el manejo del producto
• Aprovechamiento de la infraestructura de gas existente en términos
de gasoductos, líneas industriales y redes domésticas; así como de las estaciones de servicio de gasolina existentes, las cuales pueden transformarse en expendios mixtos de gasolina/GNC.
• Adicionalmente al bajo precio, GNC representa economía en
relación con el mantenimiento del motor, por cuanto se incrementa la vida útil del mismo, duran más las bujías, el sistema de escape y el carburador.
• El gas por ser más liviano que el aire se disipa rápidamente,
además necesita mayor temperatura que la gasolina para la ignición.
1.4.3.2 Desventajas Las desventajas de utilizar el GNC como combustible son:
• Alto costo del equipo de conversión. Sin embargo, para el sector transporte público.
• Peso / Volumen adicional de los cilindros que se traduce en una
reducción de la capacidad de carga del vehículo, lo cual se hace más crítico en automóviles pequeños.
• En el caso de los vehículos comerciales, como camiones o
autobuses, esta desventaja se minimiza ya que pueden soportar el peso de los cilindros y poseen un mayor espacio disponible para colocarlos.
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• El gas natural produce en el motor una ligera pérdida de potencia, la cual se manifiesta principalmente en la etapa de arranque o de subida de los vehículos de baja cilindrada. Esta pérdida puede alcanzar hasta un 15% dependiendo de la calidad de la instalación; incluso en vehículos de más reciente fabricación, el diseño del motor y los controles por computadora permiten reducir esa pérdida a valores entre un 6% y 10%
1.4.4Diferencia entre Gas Natural para Vehículos (GNC) y Gas Licuado
del Petróleo (GLP)
Tabla 1.10: tabla comparativa de los gases utilizados en las conversiones a gas
GNC
GLP
Compuesto básicamente por
metano (CH4)
Compuesto básicamente por
propano y butano
Se transporta a través de gasoductos o redes de gas en forma
gaseosa.
Se transporta por camiones cisternas en forma líquida
No requiere almacenamiento en la
estación de servicio
Requiere un tanque de
almacenamiento en la estación.
Se dispara rápidamente en la
atmósfera por ser más liviano que el aire
Es más pesado que el aire. En caso
de fuga se podrían producir concentraciones de gas
Para su ignición espontánea requiere una temperatura de
aproximadamente 700°C
Dada su ignición espontánea requiere una temperatura de
aproximadamente 450 °C
Es un recurso natural abundante
Disponibilidad limitada por requerir
proceso de refinación
No exportable con las facilidades de
procesamiento actuales
Tradicionalmente ha sido atractivo
colocar GLP en los mercados internacionales
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GNC GLP
Se carga a los vehículos convertidos a 3.000 Ippc en las
estaciones de servicio
Se carga en forma líquida a 150
Ippc en los vehículos
Se almacena en cilindros especiales construidos principalmente de acero
al carbón sin soldadura
Se almacena en tanques similares a
las bombonas de uso doméstico.
1.4.5 Red de Distribución El gas natural proveniente del yacimiento, se separa del petróleo crudo, se somete a tratamiento y, finalmente se procesa, quedando listo para su transporte, siempre en forma gaseoso, hasta los centros de consumo. El proceso de transporte se lleva a cabo a través de la red nacional de gasoductos, la cual está formada por tuberías de recolección, plantas compresoras y tuberías de distribución. 1.4.6 Expendio de GNC
El gas natural se toma directamente de la red de distribución para suplirlo al expendio donde es comprimido a 3.000 lppc y despachado al vehículo a 3.000 lppc manteniendo siempre su estado gaseoso. El gas comprimido a 3.600 lppc1 es sólo un pequeño volumen, especie de pulmón del sistema de compresión, que sirve para acelerar el flujo de despacho y para disminuir los arranques y paradas del compresor y, en ningún caso, representa inventario de almacenamiento del expendio, ya que el flujo de gas de la red es continuo. La cantidad de GNC despachada al vehículo es medida por el surtidor en metros cúbicos (m³). Se utiliza esta unidad de volumen ya que sirve de comparación directa con el volumen en litros equivalente de gasolina.
1Ippc: presión en psi es decir en libras/pulgada2
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1.5 EL VEHÍCULO CONVERTIDO 1.5.1 Instalación del equipo: Para la utilización del gas natural en vehículos como combustible alterno a la gasolina, se requiere la instalación de un equipo de conversión, el cual debe ser autorizado por las autoridades correspondientes y cumplir con las especificaciones técnicas de la misma. Componentes:
Los principales componentes del sistema son: cilindros de almacenamiento, regulador de presión, mezclador de aire / combustible y las tuberías en general La conversión del vehículo puede hacerse en talleres o pueden venir transformados directamente de las ensambladoras. 1.5.2Tipos de Conversión: Conversión Dual: El vehículo opera alternativamente a gasolina o a GNC, y la conversión puede ser a sistema abierto o a sistema cerrado.
• Conversión dual con sistema abierto: Corresponde a los vehículos a carburación o inyección que no utilizan sensor de oxígeno para el control de la mezcla aire/combustible.
• Conversión dual con sistema cerrado: Corresponde a los vehículos a inyección con sensores electrónicos y computadora para el control óptimo de la mezcla aire/combustible.
• Conversión total:
El vehículo se convierte para operar sólo con GNC, eliminando el sistema de gasolina.
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1.5.3 Talleres de Conversión Son los establecimientos debidamente autorizados por las autoridades correspondientes donde se realiza el proceso de conversión de los vehículos a GNC. Los talleres deben cumplir con lo estipulado por las autoridades en cuanto a los recaudos legales y administrativos. 1.5.3.1 Personal: El personal encargado de realizar la instalación debe estar técnicamente calificado, para lo cual debe recibir un adiestramiento en una institución reconocida y contar con la autorización de la empresa importadora. El instalador autorizado firma el certificado de instalación del sistema y conjuntamente con el taller de conversión y la empresa importadora serán los responsables de la conversión. 1.5.3.2 Áreas de seguridad: Es obligatorio que el taller cuente con áreas de seguridad debidamente señalizadas y con extintores portátiles del incendio. 1.5.3.3 Talleres de Conversión
Las herramientas mínimas con las cuales debe contar el taller para garantizar una instalación de calidad y segura son:
• Máquina para diagnostico de motores • Medidor de vacío del motor
• Medidor de compresión del motor
• Medidor de gases de escape HC y CO (hidrocarburos no
quemados y monóxido de carbono) o, en su defecto, un sensor de la relación aire/combustible
• Equipo para ensayo neumático a 21Mpa (3.000 lppc1.)
• Calibres para roscas
• Manómetros para pruebas con alta presión 21Mpa (3.000 lppc).
1 Lppc: libras por pulgada cuadrada
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• Manómetros para pruebas con baja presión 700 Kpa (100 lppc)
• Detector de gases
• Lámparas de mano a prueba de explosión
• Dobladores de tubo
• Torquímetro
Sin embargo, el fabricante de los equipos debe suministrar o indicar cualquier otra herramienta o accesorios especiales que se requiera.
1.5.3.4 Seguridad en los talleres de conversión. Procedimientos de seguridad.
Los talleres de conversión además de contar con el permiso de autorización de las autoridades correspondientes, deben tomar en cuenta las siguientes recomendaciones adicionales a los procedimientos ya establecidos.
• Las áreas de trabajo deben estar perfectamente demarcadas, principalmente las zonas de pre conversión, instalación y post-conversión.
• Colocar los avisos de seguridad suficientemente visibles en las áreas
correspondientes. • Todo vehículo que ingrese al taller debe permanecer con las válvulas
de cilindro y de emergencia cerradas y deben abrirse sólo cuando se requiera operar el motor a GNC, para verificaciones.
• Estacionar el vehículo que contiene o se le suministrará GNC en el área de seguridad, cuando se trabaje sobre el mismo
• Separar convenientemente el área de herrería de la zona de conversión
• Usar solo en casos extremos, sopletes para cortar partes metálicas del vehículo, tomando las precauciones del caso.
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• No mantener recipientes con gasolina en ninguna de las áreas de trabajo, ni utilizar la misma para limpieza.
1.5.4 La conversión del vehículo 1.5.4.1 Pruebas de pre conversión Es el primer paso que se realiza antes de instalar un equipo de GNC en un vehículo, con el fin de determinar si está apto para ser convertido. El resultado de esta evaluación debe ser registrado en un formato preestablecido, el cual pasará a formar parte de la documentación del vehículo.
• Para realizar una evaluación de pre conversión, el instalador debe seguir los siguientes pasos y paralelamente llenar el formato de pre conversión.
• Determinar el tipo de vehículo: de carburador, de inyección computarizada, etc.
• Determinar la capacidad del motor (cilindrada)
• Determinar el tipo de transmisión ( en los vehículos automáticos convertidos a GNC aumenta la pérdida de potencia)
1.5.4.2 Inspección visual:
• Determinar si todos los componentes del sistema pueden ser instalados en lugares accesibles y seguros
• Inspeccionar el sistema de enfriamiento.
• Inspeccionar el sistema de escape
• Inspeccionar el sistema de suspensión
• Evaluar posibles picaduras de chasis y carrocería (un vehículo debilitado de su estructura no es capaz de soportar el peso de los cilindros).
• Inspeccionar posibles piezas defectuosas o dañadas ( es necesario informar al cliente para su reemplazo)
• Chequear las bujías.
• Medir y evaluar el vacío del motor
• Verificar sistema de carburación y sistema de inyección
• Inspeccionar y evaluar cables, distribuidor, bobina y conexiones eléctricas.
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• Inspeccionar la condición de la batería
• Inspeccionar el sistema de emisiones: válvula de recirculación de gases (EGR), válvula de control de presión, inyección de aire, mangueras y demás interruptores.
• Asegurar que todos los sensores y actuadores trabajen correctamente
• Verificar que todas las calibraciones correspondan con los valores especificados por el fabricante, incluyendo los grados de avance del encendido.
• Realizar una prueba de recorrido para conocer las condiciones actuales del vehículo.
Todo instalador de sistema de GNC debe tener en cuenta que el tiempo empleado en realizar este proceso de evaluación previa, es siempre más provechoso que el tiempo que pueda tomar el corregir problemas posteriores originados por una deficiente pre conversión.
1.5.4.3 Consideraciones previas a la instalación Una vez que el vehículo ha pasado la prueba de pre conversión y antes de iniciar las tareas propias de la instalación, es necesario observar la siguiente rutina de revisión previa.
• El tiempo transcurrido entre la prueba de pre conversión y la instalación del equipo no debe ser mayor de una semana
• Seleccionar el equipo de conversión adecuado para el vehículo a ser convertido
• Consultar registros anteriores sobre vehículos similar4es previamente convertidos y especificaciones del fabricante.
• Disponer de los esquemas y documentación técnica que pudiera necesitarse para instalar los equipos
• Asegurar que todos los materiales necesarios para la instalación estén disponibles en el taller
• Determinar la mejor ubicación para todos los componentes del sistema GNC.
• Ubicar en lugares seguros y accesibles aquellos componentes que requieren operación manual y mantenimiento (válvulas de cierre, válvula de llenado, regulador, etc.).
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• Prever el trazado de la tubería de alta presión por el lugar más práctico y seguro. El proyecto más corto no necesariamente es el mejor.
• Identificar la conexión de las mangueras del sistema de enfriamiento, para asegurar la correcta circulación del agua a través del regulador.
• Tomar en cuenta que el regulador debe estar lo más cerca posible del mezclador
• Prever que el capó cierre sin tropezar con el mezclador una vez instalado.
1.6 CILINDRO DE ALMACENAMIENTO Es un recipiente diseñado especialmente para el almacenamiento de GNC, fabricado con materiales altamente resistentes y con características particulares de diseño. 1.6.1 Diseño: Las características particulares del diseño del cilindro dependen de dos propiedades del gas natural, como son: 1.6.1.1Difusión: Es la capacidad que tiene el gas de expandirse uniformemente e indefinidamente. Debido a esta propiedad, el gas es altamente compresible, es decir, sus moléculas pueden ser agrupadas en espacios muy reducidos, y al ser comprimido ejerce las paredes del recipiente que lo contiene una presión de igual magnitud en cualquier dirección. Por esta propiedad, el diseño del recipiente debería tener forma esférica, pero por razones de espacio lo más práctico es construir recipientes a partir de un cilindro cerrado con caquetaes semiesféricos en cada extremo 1.6.1.2 Densidad: Es la cantidad de masa que posee un cuerpo en un volumen dado. Por su estado gaseoso el gas ocupa mucho espacio con poca más, lo cual define la cantidad de energía calorífica para la combustión. Por esta razón se requiere comprimir el gas a alta presión para aumentar la cantidad de energía almacenada; esto, a su vez determina el diseño de recipientes, los cuales deben tener capacidad para alta presión de trabajo. En nuestro caso, 3.000 Lppc o un equivalente de 207 bar.
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1.6.1.3 Capacidad: La capacidad del cilindro es expresada en litros de agua, la cual define su tamaño. Sin embargo, cuando se habla de la capacidad de GNC que almacena se utiliza la medida metros cúbicos (m³) Por ejemplo: cuando se comprime un volumen dado de GNC a 3,000 Lppc, éste tiene aproximadamente un 25% de la energía del mismo volumen de gasolina, es decir un cilindro de 60 litros de capacidad almacenará 15 m³ de GNC. 1.6.1.4 Certificación Es el proceso que se realiza para determinar si el cilindro cumple con los requerimientos específicos de diseño y construcción para su aprobación. Es responsabilidad del instalador verificar si el cilindro que se va a instalar está certificado, revisando los datos estampados alrededor del cuello, como son: fecha de prueba, capacidad, peso, la norma de referencia, presiones de trabajo y de prueba, nombre del fabricante, serial del cilindro y si es para uso de GNC. 1.6.1.5 Revisiones Periódicas Son las inspecciones obligatorias realizadas cada cinco años a los cilindros de acero, cada tres años a los cilindros fabricados con otros materiales, o según lo que se especifique el fabricante, a fin de verificar la integridad del sistema de almacenamiento y si está libre de corrosión. La revisión de los cilindros de acero incluye una prueba hidrostática a una presión de 4.500 Lppc, la cual garantiza la estanqueidad del cilindro (mantenimiento de la presión sin pérdida de agua) y la ausencia de fisura o grietas por fatiga. Esta prueba se realiza sólo en centros habilitados para tal fin.
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Figura 12: partes del cilindro para las conversiones.
Figura 13: material de los cilindros para la conversión.
1.6.2 Accesorios del cilindro 1.6.2.1 Válvula de cierre Es una pieza diseñada con un mecanismo que permite abrir o cerrar el paso de GNC en el cilindro, enroscada directamente al cuello del mismo. La rosca de la válvula debe ser compatible con la rosca del cuello del cilindro normativa específica una rosca tipo Whitworth 28,8 con un paso de 14 hilos por pulgada (1 / 14) “tapper” DIN 477
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La rosca para conectar la tubería de alta presión puede ser de ¼, 3/8 de pulgada NNPT, M12 ó M14; estas dos últimas medidas para conectar tuberías de 6 Mm. u 8 Mm., respectivamente. Los cilindros de acero, aluminio o material compuesto, requieren básicamente las mismas válvulas; sin embargo, la rosca del cuello de los cilindros de aluminio y material compuesto, requieren una rosca tipo SAE, donde el sello se logra por medio de un o-ring, a diferencia de la rosca cónica (“tapper”), donde el sello lo proporcionan las caras o superficies de los filetes.
Figura 14: válvula de cierre
Figura 15. Partes de la válvula del cilindro
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1.6.2.2 Dispositivos: Todo cilindro debe tener instalado obligatoriamente una válvula de cierre o de cilindro con sus dispositivos de seguridad: 1.6.2.2.1Sistema de alivio de presión: • Es un dispositivo de la válvula del cilindro que permite aliviar el gas
almacenado, en caso de una sobre presión o incendio del vehículo • Debe estar siempre en contacto con el GNC almacenado en el
cilindro, independientemente si la válvula está abierta o cerrada. • Está compuesto por un disco de ruptura y por un tapón fusible, la
función de este último es prevenir una fatiga prematura del disco de ruptura, debido al movimiento causado por los continuos cambios de presión ocurridos en el interior del cilindro.
• Para el caso de los cilindros de acero, el dispositivo actúa al ocurrir
una sobre presión (5.000Lppc), rompiéndose el tapón fusible y, seguidamente, el disco de ruptura. Si lo que ocurre es un incendio, el tapón fusible se fundirá aproximadamente a una temperatura de 100°C, rompiéndose inmediatamente el disco.
• En cualquiera de los casos, el gas desalojará el cilindro, quedando
éste libre de riesgo de reventar. 1.6.2.2.2 Control de exceso de flujo: Es un dispositivo de la válvula de cilindro, que impide que la totalidad de GNC almacenado en el cilindro sea descargado a la atmósfera al ocurrir una fuga por la ruptura de la tubería de alta presión. Este dispositivo se acciona mecánicamente al crearse un gran diferencial de presión en el sistema GNC, es decir alta presión en el interior del cilindro y presión atmosférica en el lado de la tubería rota. 1.6.2.2.3 Sistema de Ventilación Es un sistema que permite conducir al exterior cualquier posible fuga de gas en la válvula de cilindro, sus conexiones o dispositivos de alivio debe colocarse cuando el cilindro se instale en un compartimiento cerrado, tal como lo establece la normativa
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Es obligatorio que el sistema de ventilación esté formado por el compartimiento de ventilación y el conducto de desalojo. Así mismo, el compartimiento debe permitir tener acceso a la válvula del cilindro El sistema puede ser logrado a través de dos métodos: bolsa de venteo o contenedor hermético con manguera
Figura 16: control de exceso de flujo
1.6.3 Lugar de Instalación. • El espacio debe ser suficientemente para el cilindro. La válvula debe
quedar accesible para su operación y mantenimiento ya que cualquier fuga en los conectores requiere la utilización de llaves para su corrección. En caso de ubicarse en un compartimiento cerrado, requerirá un sistema de ventilación.
• Verificar que el cilindro y especialmente la válvula queden protegidos contra los peligros de la vía en caso necesario se debe incluir una lámina de protección
• La distancia del cilindro al sistema de escape no debe ser menor de 20 cm, al lateral de la carrocería no más de 10 cm y al parachoques mínimo 20 cm
• Los accesorios del cilindro y en especial la válvula de cierre deben quedar protegidos contra golpes o colisiones. Para mayor seguridad y en la medida de lo posible, montar los cilindros transversalmente. En los montajes longitudinales asegurar que los soportes absorban las fuerzas de corrimiento, así mismo instalar la válvula hacia la parte trasera.
• Los cilindros ubicados por debajo del piso del vehículo, deben quedar a una distancia del pavimento igual o mayor de 25 cm, cuando se colocan entre los ejes.
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1.6.3.1 Preparación: Para preparar el cilindro antes de su montaje, se debe realizar lo siguiente:
• Inspección visual:
Verificar la certificación del cilindro, especialmente la fecha de prueba o la fecha de reinspección.
• Fijar el cilindro al banco de montaje para instalación de la válvula de cierre. Bajo ningún concepto es recomendable instalar o reapretar la válvula con el cilindro ya montado en el vehículo.
1.6.3.2 Instalación de la válvula de cierre Para instalar la válvula de cierre, se deben seguir los siguientes pasos. • Limpiar la rosca de la válvula y la del cuello, removiendo cualquier
posible metal restante del maquinado (rebaba).
• Colocar tapones ciegos en las dos roscas para los conectores de tubería, a fin de protegerlas mientras se aprieta la válvula.
• Enroscar Manualmente la válvula en el cilindro, lo cual permite chequear que la rosca de la válvula sea compatible con la rosca hembra del cuello del cilindro. Si se nota la diferencia, verificar con un calibrador de roscas.
• Aplicar sellador (teflón) sólo en la rosca de la válvula. En caso de usar algún tipo de sellador en la pasta, asegurarse de que el mismo sea aplicable para gas natural. No usar selladores indicados para GLP.
• Untar una pequeña cantidad de grasa para apretar más fácilmente
• Enroscar nuevamente la válvula con la mano hasta que apriete.
• Seguidamente, usar la herramienta especial para apretar la válvula y con el torquímetro, apretar hasta lograr 200 libra / pie o que la válvula haya girado tres vueltas (lo que ocurra primero marcará el final del ajuste). Para esta operación no se permite el uso de llaves de impacto.
• Mientras se aprieta la válvula, se debe tener cuidado de tanto el dispositivo de alivio de presión como las roscas para los conectores no sufran daño. La herramienta especial para apretar está diseñada para evitar este daño siempre que se mantenga fijada correctamente.
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• Retirar del banco de montaje el cilindro con su válvula instalada, y proceder a pintarlo, protegiendo la válvula de la pintura.
Figura 17: instalación de la bolsa se venteo y válvula de cierre
1.6.4 Montaje del cilindro Para realizar la instalación del cilindro, se debe cumplir con lo siguiente: • Reparar el soporte, utilizando ángulos para la fijación a la estructura
del vehículo y pletinas para sujetar el cilindro, todo convenientemente soldado.
• Se utilizan dos bandas, construidas con pletinas de acero, para cada cilindro, separadas convenientemente. Si el cilindro pesa menos de 120 Kg., la banda será de 30 Mm. x 3mm (1/8”); para más de 120 KG se usa pletina de 50 Mm. x 60 Mm. (1/4”).
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• La unión del cilindro al soporte debe ser resistente y adecuada, de fácil montaje y desmontaje.
• Sólo se permite el uso de tornillos grado 8 sistema SAE ó 10,9 es sistema métrico, de diámetro 10 Mm. para cilindros de menos de 120 KG, cuando un tornillo atraviesa una zona hueca, se deben tomar previsiones para evitar su aplastamiento.
• Cuando el cilindro se fije por debajo del vehículo, se utilizará un ángulo de perfil tipo “U” de por lo menos 80 Mm. de ancho. Este perfil tendrá las bandas de fijación y aletas soldadas a los lados, para ser atornillado al chasis y a la carrocería. No se permite bajo ningún concepto soldar el soporte al chasis.
• Las uniones atornilladas deben tener contrachapas de acero y bloqueo de las tuercas.
• Entre las bandas de acero y el cilindro se coloca una protección plástica (caucho o similar) de por lo menos 3 Mm. de espesor.
• Las bandas de fijación deben quedar bien apretadas, perfectamente acopladas al cilindro, sin ningún espacio que pudiera permitir la acumulación de humedad. Igualmente, se debe asegurar que el ajuste sea el apropiado para evitar la rotación del cilindro.
• El cilindro debe quedar sujetado sólo por las dos bandas de fijación sin tener contacto con el resto de la estructura (separado al menos 5 Mm.) y libre esfuerzo.
• Si se instala una protección adicional para la válvula de cilindro, ésta debe diseñarse de tal manera que permita tener acceso a la misma.
Figura 18: correas de sujeción con sus respectivas especificaciones.
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1.7 REGULADOR DE PRESIÓN Es un dispositivo con un mecanismo neumático o electro neumático, diseñado para reducir la presión del gas almacenado en el cilindro, hasta la presión de suministro al motor. Todo sistema de conversión a GNC requiere, al menos, un regulador de presión. Dado que la presión en el cilindro de almacenamiento disminuirá con el consumo, el regulador de presión deberá ser capaz de manejar una presión de entrada tan alta como Lppc. Y tan baja como 80 Lppc, incluso hasta menos. 1.7.1 Tipos Actualmente se distinguen tres tipos de reguladores: 1.7.1.1 Sistema de dos reguladores: • Utiliza un regulador primario para reducir la alta presión de
almacenaje, desde los 3.000 Lppc. Hasta una presión entre 80 y 180 Lppc; allí pasa a un regulador secundario de baja presión, el cual reduce nuevamente la presión hasta valores de pulgadas de columna de agua, bien sea presión positiva o negativa (vacío). Este sistema se conoce como regulador de presión positiva
• Esta modalidad de dos reguladores es típicamente usada con un mezclador del tipo válvula de aire (mezcladores con diafragma de vacío), bien sea en conversiones a circuito abierto (no se utiliza sensor de oxígeno para el control de la mezcla aire / combustible), o en conversiones a circuito cerrado (se usa un sensor controlado por una central electrónica para una mezcla óptima).
Figura 19: sistema de dos reguladores
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1.7.1.2 Sistema de un solo regulador • El regulador realiza toda la reducción de presión en tres etapas
incorporadas en un solo cuerpo.
• 1era etapa: se reduce la presión desde los 3.000 Lppc. En el cilindro hasta una presión entre 40 y 60 Lppc.
• 2da. etapa: se reduce la presión desde el valor anterior hasta unos 5 1ppc.
• 3era etapa: se entrega el gas al motor a una presión ligeramente superior a la presión atmosférica, cuando el vehículo esta en mínimo, y ligeramente por debajo de la presión atmosférica a cualquier otra velocidad.
Este sistema se conoce como regulador de presión negativa.
Figura 20: regulador de una sola etapa
1.7.1.3 Sistema de Inyección: Emplea un solo regulador, el cual reduce la presión desde los 3.000 Lppc en el cilindro, hasta una presión de 80 a 120 Lppc, utilizando una sola etapa de reducción. El GNC seguidamente fluye a una válvula dosificadora, la cual controla electrónicamente la cantidad de combustible que deberá suministrarse al motor a través del inyector.
Este sistema sólo se utiliza en conversiones del tipo circuito cerrado.
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Figura 21: regulador para sistemas de inyección
1.7.2 Sistema de calefacción Consiste en hacer circular agua caliente del sistema de enfriamiento del motor por el cuerpo del regulador para evitar el congelamiento, ya que toda reducción de presión tiene asociada una caída proporcional de temperatura. Algunos modelos de reguladores tienen incorporado en su interior un tubo de cobre para la circulación de agua. Con esto garantiza que el cuerpo de aluminio jamás será corroído. En los otros reguladores donde el agua entra en contacto con las paredes, el fabricante se ha esforzado en utilizar un aluminio o un acero de calidad superior que garantiza la protección contra la corrosión. Es el importante que el flujo de circulación de agua caliente se efectúe en forma correcta, para garantizar el calor adecuado al regulador y suministrar eficientemente el GNC al motor. En el caso de que el regulador esté muy frío, el GNC tenderá a ser más denso, de esta forma la relación aire / combustible se alterará produciendo una mezcla muy rica, con la consecuente pérdida de potencia y alto consumo de GNC. Si, por el contrario, el regulador recibe mucho calor, el GNC se expandirá por encima de los valores manejables, ocupando mucho más espacio y conteniendo menos cantidad de energía, lo cual ocasionará igualmente una pérdida de potencia. Si el regulador continúa calentándose aún más, los diafragmas perderán sensibilidad y se desentonará el motor.
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Una forma de mantener una temperatura constante en el regulador es instalar un termostato en la manguera de entrada; sin embargo, la mayoría de los reguladores están diseñados para permitir circular solamente la cantidad de agua suficiente para mantener un balance en el intercambio de calor, por lo tanto, no requieren instalar el termostato adicional.
Figura 22: sistema de calefacción del reductor
1.7.3 Principios de funcionamiento Los conceptos claves para entender el principio de operación del regulador son: 1.7.3.1 Presión diferencial: Es la diferencia que existe entre la presión positiva que tiene el GNC en el cilindro (3.000Lppc) y la presión negativa (0,2 Lppc) en el mezclador a la entrada del motor. Por otro lado, también es la diferencia entre la presión atmosférica (29,92 pulgadas de mercurio ó 14,7 Lppc.) y la presión a la salida del regulador. 1.7.3.2 El Equilibrio Ocurre cuando las presiones en todos los puntos del regulador son iguales en otras palabras, cuando el gas fluye a través del regulador del lado de alta presión al lado de baja presión, sin necesidad de que el diafragma esté en movimiento.
El diafragma del regulador tiene por una de sus caras un contacto directo con la atmósfera, mientras que la otra cara está bajo la acción del gas de expansión. El equilibrio es compensado por la caída de la presión en el lado de baja, causada ésta por la demanda de GNC requerida por el motor. 1.7.3.3 Etapas de Reducción
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La primera etapa de reducción se produce cuando el gas que entra al regulador en alta presión pasa a través de un pequeño orificio a una cámara de mayor volumen, causando la caída de presión. Cuando esto ocurre, el gas se expande y el volumen aumenta. El fluido de enfriamiento del motor, que circula alrededor del regulador, proporciona el calor necesario para que el gas expandido no se congele. Ese calor también sirve para expandir el gas, de manera que aumenta ligeramente su presión. La expansión del gas, el cual se encuentra a la presión reducida en la primera etapa, actúa contra el diafragma, creando el movimiento que cierra la entrada de gas hasta que se requiera éste nuevamente o que el regulador alcance el equilibrio cuando el flujo sea estable.
Figura 23: presión de regulación va en aumento
Figura 24: presión de regulación llega al punto de calibración
Todos los reguladores de alta presión y la combinación con el regulador de alta con regulador de baja, tienen la segunda y tercera etapa, cada una con su respectivo diafragma, de forma de llevar el gas a cámaras adicionales para reducir la presión a los valores especificados. En este
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caso, la señal de presión atmosférica se recibe siempre a través de la última etapa. La mayoría de los reguladores de una etapa tienen dos resortes, uno a cada extremo. El más ligero de los dos interviene en la expansión de la presión del gas, abriendo y cerrando la válvula contra el asiento. Cuando la válvula cierra, se detiene el flujo de gas al interior del regulador. Inmediatamente, al requerirse gas por alta demanda del motor, el resorte de mayor fuerza abre la válvula, permitiendo que el gas entre nuevamente al regulador. La presión finalmente regulada tendrá valor positivo o negativo. Esta última presión se conoce como succión. Un motor crea un promedio una presión negativa de 9 pulgadas de mercurio (4,43 Lppc) en el momento que el pistón introduce aire atmosférico al cilindro. El mezclador entonces detecta esa señal, al igual que el regulador en su última etapa. Por supuesto, dependiendo del tipo de regulador, la presión de salida será positiva o negativa. En consecuencia, esta presión no la determina la demanda del motor, sino el diseño del regulador. Ejemplo: Un regulador de presión positiva puede suministrar gas +31 Lppcm, mientras otros suministran gas de +2 a +10 pulgadas de columna de agua. En cambio los reguladores de presión negativa entregarán el gas a una presión entre –0,5 y –0,6 pulgadas de columna de agua1. En cambio los reguladores de presión negativa entregarán el gas a una presión entre –0,5 y –0,6 pulgadas de columna de agua, con el motor en marcha mínima La presión cambiará con la demanda del motor. 1.7.3.4 Lugar de instalación La selección del lugar para instalar el regulador debe tomar en cuenta lo siguiente: • El regulador requiere calibración drenaje y mantenimiento, por lo tanto,
el lugar debe ser de fácil acceso y brindar protección contra impactos. Esto último se puede lograr con la misma estructura del vehículo o con algún tipo de plancha metálica construida para este fin.
1 Factores de conversión Pulgadas de columna de agua = 0,03613 Lppc Lppc = 2,036 pulgadas de mercurio (plg. Hg)
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• Por norma de seguridad se debe conservar una distancia mínima de 20 cm. al sistema de escape y de 25 cm respecto a la batería
• Debe estar ubicado lo más cerca posible del mezclador ( especialmente los reguladores de presión negativa)
• Garantizar que las mangueras de circulación de agua queden por debajo del nivel de llenado del radiador, para asegurar una buena circulación del fluido refrigerante.
1.7.3.4.1 Instalación Para la instalación de regulador, se debe realizar lo siguiente: • Preparar los soporte de fijación si el equipo no lo suministra
• Fijar este soporte con tornillos a una parte rígida de la carrocería
• La posición del regulador debe ser vertical y en sentido longitudinal a
la marcha (esto no aplica reguladores secundarios). La salida del gas debe quedar en el punto más alto.
• El regulador se debe fijar con suficiente puntos de apoyo, a fin evitar vibraciones. Todo el peso del regulador debe descansar sobre el soporte.
• Conectar las mangueras de agua, de salida de gas y de vacío conexiones eléctricas (estas últimas donde aplique) y tubería de alta presión. En ocasiones, si el lugar de instalación es muy reducido para efectuar estas conexiones, se recomienda prepararlas afuera.
1.8 ELECTRO VÁLVULAS DE CORTE DE COMBUSTIBLE
Es un mecanismo que electromagnéticamente interrumpe el flujo de combustible al motor, y está formado básicamente por una bobina solenoide, núcleo fijo y cilindro contenedor, resorte, núcleo móvil el cuerpo de la válvula para el pase de combustible. Por normatividad todo sistema de conversión dual debe incorporar una electro válvula para gasolina y otra para GNC.
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1.8.1 Funcionamiento de las electro válvulas El núcleo móvil empujado por el resorte mantiene el corte de combustible, al recibir la señal eléctrica la bobina crea el campo magnético que mueve el núcleo móvil hacia arriba dentro del núcleo fijo para abrir y suministrar el combustible Cuando el vehículo opere en modo de gasolina, la electro válvula de GNC se desactivará, cortando el flujo de ese combustible, a la vez que se activa la electro válvula de gasolina o relé para operar en el modo seleccionado. Con el cambio al modo GNC, ocurrirá lo contrario. Las electro válvulas de corte de combustible se pueden conectar directamente a un selector manual o a un mecanismo de selección automática. 1.8.2 Electro válvula de gasolina Para los vehículos de motores con carburador, se instalará una electro válvula de corte para gasolina y otra para GNC. Existen modelos de electro válvulas de gasolina que pueden ser abiertas manualmente mediante un tornillo instalado en la parte inferior del cuerpo de la válvula, o simplemente una manivela de un cuarto de vuelta. Este mecanismo permite inhabilitar todo el sistema de GNC, de ocurrir una falla eléctrica en las señales de alimentación a las electro válvulas, devolviendo el vehículo a la condición de operar a gasolina en forma directa.
Figura 25: electro válvula de gasolina
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1.8.2.1 Instalación electro válvula de gasolina
• Instalar en posición vertical, entre la bomba de gasolina y el
carburador Lo más cerca posible del carburador, para minimizar el tiempo de consumo de gasolina cuando se cambia a GNC
• Instalar la válvula lo más alejado posible de la bomba, ya que de lo contrario, quedará un buen tramo de manguera en posición vertical con gasolina sin consumir, la cual posteriormente con el calor del motor tenderá a evaporarse, introduciendo vapores a la mezcla aire/GNC y alterando con esto la estabilidad en mínimo y las emisiones.
• Instalar lo más alejado posible del calor del motor
• Utilizar mangueras y abrazaderas nuevas de la mejor calidad para evitar riesgos de fuga de combustible. Escoger preferiblemente las abrazaderas metálicas. Con tornillo, asegurándose de que las que tienen las muescas planas o hacia adentro tienden a partirse mientras se aprietan, aflojándose progresivamente la abrazadera con el consiguiente goteo de gasolina incluso con la salida de la manguera.
• Fijar La electro válvula por el cuerpo a un soporte adecuado
• Instalar la entrada y la salida, siguiendo la instrucción del sentido del flujo indicada con una flecha en el cuerpo de la electro válvula.
• Incorporar a la bomba de gasolina un sistema de derivación, si no lo posee.
• Usar tubería metálica en la medida de lo posible, a la salida de la electro válvula, ya que ese tramo queda seco cuando se usa GNC (la mayoría del tiempo). Si se usa manguera, ésta tenderá a agrietarse representado un alto riesgo de fuga de gasolina
• Instalar la electro válvula cuenta con un sistema de derivación manual de emergencia (“by- pass”), de manera que permita el fácil acceso al usuario.
• Usar protectores en los terminales eléctricos para evitar conexión accidental a tierra.
• Unir todos los cables eléctricos y sujetarlos a las partes sólidas de la
carrocería durante todo su recorrido.
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• Inspeccionar con el motor el marcha, la correcta operación de la electro válvula y sus conexiones para garantizar que abra y cierre con la señal del cambio de combustible, así como el sistema de activación manual de emergencia
• Inspeccionar todas las mangueras y sus abrazaderas para garantizar que las mismas no presten fuga de gasolina. Para su verificación, con el motor en marcha, se debe mover la electroválvula simulando una vibración en la línea.
Figura 26. Diagrama de instalación de la electro válvula de gasolina
1.8.2.2 Relé para corte de gasolina de vehículos de inyección. Si el motor es de inyección, el flujo de gasolina es interrumpido por medio de relés, los cuales cortan la señal eléctrica, tanto a la bomba como a los inyectores de gasolina. En los casos donde la computadora del vehículo encienda una señal de falla al detectar que los inyectores y la bomba no están operando, habrá que instalar un relé simulador, el cual además de interrumpir el flujo de gasolina, envía una señal para “engañar” a la computadora y así borrar la señal de falla.
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Los relés deben de ser del tipo normalmente cerrado (NC), de forma tal que el vehículo al operar a GNC reciba la señal eléctrica abriendo sus contactos e interrumpiendo la alimentación de 12 voltios a la bomba e inyectores. La ventaja que aporta este tipo de relé consiste en que al ocurrir una falla eléctrica en el sistema GNC el vehículo puede funcionar a gasolina sin problemas. 1.8.2.2.1 Instalación de Relé: • Ubicar y cortar el cable de alimentación positiva tanto de la bomba
como de los inyectores
• Los empalmes de cable deben ser sellados para prevenir corrosión o posible contacto a tierra. Se recomienda el uso de soldadura en estos casos
• Si se requiere instalar un simulador, se deben seguir las instrucciones especificadas por el fabricante, especialmente para ubicar la señal de retorno a la computadora.
• Los cables deben ubicarse siguiendo una trayectoria segura fijados a las partes sólidas de la estructura de la carrocería del vehículo y fácilmente identificables.
Figura 27: instalación de relé de corte de gasolina
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1.9 Electro válvula de GNC Su función es la de interrumpir el flujo de GNC desde los cilindros de almacenamiento. El sistema debe contar con un circuito auxiliar que corte la señal eléctrica a la electro válvula de GNC cuando el motor accidentalmente se apague y la llave del encendido quede activada.
Figura 28: válvula de gnc
1.9.1 Corte de GNC por señal electrónica: Este mecanismo incorpora un sensor de corriente que toma la señal del cable de la bobina, de forma tal que, al detenerse al motor esta señal desaparece y el selector interpreta que el motor se ha detenido, y enseguida corta la señal eléctrica al electro válvula de GNC. 1.9.2 Corte de GNC por señal de vacío En estos casos, cuando se enciende el motor, la señal eléctrica de la electro válvula de GNC se hace pasar a través de una señal de vacío del motor, pero cuando éste se apaga desaparece el vacío y corta el paso de GNC.
En los sistemas con dos reguladores, se puede introducir un filtro interruptor por vacío colocado antes del regulador secundario. Este filtro sólo abrirá cuando reciba la señal de vacío que crea el motor en marcha.
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1.9.3 Corte de GNC por señal de presión de aceite: Cuando se enciende el motor, la señal eléctrica de la electroválvula de GNC se hace pasar a través de la señal de presión de aceite del motor, pero al apagarse éste desaparece la presión y se corta el paso de GNC. 1.9.4 Instalación de electro válvula de GNC:
• Colocar la válvula siguiendo la orientación de la flecha o la indicación de “entrada y salida””, estampada sobre el cuerpo de la electro válvula
• Algunos modelos de electro válvulas tienen incorporado el filtro de
GNC; en estos casos, verificar que el mismo esté colocado correctamente.
• Instalar la electro válvula en la tubería de alta presión lo más cerca
posible del regulador y donde permita el fácil acceso para el mantenimiento
• Conectar la alimentación eléctrica de 12 voltios y la conexión a
tierra terminales eléctricos con protector.
1.10 CONMUTADOR O SELECTOR DE COMBUSTIBLE El selector de combustible es un dispositivo utilizado en los sistemas de conversión dual, el cual permite elegir la modalidad de operación del vehículo, bien sea gasolina o a GNC.
El mecanismo comprende un interruptor múltiple que controla la alimentación de las electro válvulas de combustible
Para vehículos a inyección, el selector puede incluir la modalidad de encendido siempre a gasolina, cambiando automáticamente a GNC al acelerar el motor.
1.10.1 Posiciones del selector
Las posiciones que normalmente encontramos en un selector de combustible las vemos en las figuras 28 y 29.
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Figura 29: conmutador para vehículos
carburados.
Figura 30: conmutador para vehículos inyectados.
1.10.2 Instalación del selector
• Se debe Instalar el selector en el tablero de instrumentos, en un lugar accesibles y de fácil visibilidad para el conductor del vehículo
• Fijarlo con tornillos autorroscantes o remaches directamente al
tablero o donde sea posible empotrarlo al mismo.
• El cableado eléctrico debe seguir un recorrido alejado de las fuentes de calor, protegido contra posibles daños y fijado adecuadamente.
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• Instalar el fusible de protección directamente bajo el tablero en posición accesible para cuando se necesite cambiarlo
1.11 PICO DE LLENADO Es un dispositivo que permite cargar los cilindros de almacenamiento, a través de la misma tubería que trae el GNC al regulador. Debe incluir una válvula antirretorno incorporada, la cual bloqueará al GNC cargado al sistema, una vez que se desacople el pico de llenado del surtidor. 1.11.1 Instalación del pico de llenado
• La conexión de llenado debe estar situada en el área del compartimiento del motor. Sin embargo, si el vehículo tiene una longitud mayor de 6 m se permitirá su colocación a un estado.
• Normalmente el equipo de GNC debe incluir el soporte de fijación
de la conexión de llenado. En caso de no traerlo, se debe fabricar uno suficientemente fuerte y resistente.
• El soporte de fijación se instala en la carrocería del vehículo con
tornillos, siempre garantizando una rigidez tal que pueda soportar, al menos unos 70 Kg. de fuerza en cualquier dirección
• La conexión de llenado se fija al soporte mediante una tuerca,
suficientemente apretada.
• En caso de instalar la conexión de llenado a menos de 20 cm del parachoques, la válvula antirretorno debe reubicarse o colocar una adicional en la misma tubería de alta presión a una distancia mayor de esos 20 cm.
• La conexión de llenado debe quedar accesible para el acople con
el pico de llenado de la estación de servicio, así como para su mantenimiento. Igualmente, el capó no debe tropezar con la conexión, para esto se recomienda dejarla por lo menos unos 10 cm por debajo de éste.
• Instalar el tapón protector de la válvula de llenado
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Figura 31: pico de llenado.
1.12 TUBERÍAS, CONECTORES Y MANGUERAS Es la que permite comunicar el GNC de los cilindros de almacenamiento con el regulador y la válvula de llenado. Solo se permite la utilización de tubería de acero sin costura, diseñada para trabajar a 3.000 Lppc, sin sufrir falla estructural alguna. Igualmente, estas tuberías deben garantizar resistencia contra la corrosión y las vibraciones. Los diámetros más comunes utilizados en las instalaciones de GNC son de 6mm, 8 Mm. ¼ y 3/8 de pulgada. En caso de conversiones efectuadas directamente en plantas de ensamblaje, especialmente en vehículos grandes (autobuses o camiones), se utilizan tuberías de ½ pulgada. 1.12.1 Instalación de tubería de alta presión La tubería para conectar el regulador con los cilindros de almacenamiento siempre se ubicará debajo del vehículo, se deben tener en cuenta las siguientes pautas. • Definir la ruta de la tubería para determinar el largo que se requerirá,
previendo la longitud para los lazos anti vibración La tubería debe quedar protegida, sin aplastamiento y con fácil acceso para la inspección.
• La distancia mínima permitida al tubo de escape es de 20 cm y a la batería de 25 cm.
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• Normalmente, la tubería es suministrada en rollos. El instalador debe desenrollarla adecuadamente para su mejor manejo
• Para desarrollar la tubería, mantener apoyado, sujeto con la mano, en un extremo sobre una superficie plana (preferiblemente una mesa de madera); deslizar el rollo con la otra mano hasta completar la operación de aplanarlo completamente, es importante utilizar siempre esta práctica, ya que si se intenta desenrollar el tubo jalando por cada extremo, éste tenderá tocarse, lo cual lo debilita y hace más difícil el proceso de moldeado.
• Cortar la tubería siempre en ángulo recto utilizando un corta tubos apropiado y eliminar el borde filoso producido durante el proceso. Nunca marcar la superficie de la tubería con muescas, hendiduras o rayas.
• Limpiar el tubo con aire comprimido, para eliminar el sucio del interior, las astillas metálicas producto del corte o cualquier otra partícula indeseable.
• Montar la tubería ajustándola a la forma del trayecto, moldeándola manualmente.
• Para doblar manualmente, tomar el tubo con ambas manos separadas suficientemente, con los dedos pulgares uno frente al otro, e iniciar el doblado muy suavemente. Si la curva es muy pronunciada se puede apoyar en la rodilla para completarla forma deseada
• Formar los lazos anti vibraciones de la tubería utilizando un dobla tubos apropiado. En los tramos cortos de tubería los lazos se preparan en el banco de trabajo y en los largos se realizan uno en el banco de trabajo y el otro en sitio una vez colocada la tubería.
• El lazo anti vibración debe estar formado por lo menos de dos vueltas de círculo completo, con un diámetro mínimo de 7 cm y separado 1 mm.
• Si el tramo de tubería es muy corto se debe efectuar una curva de expansión de aproximadamente 180°, en lugar del lazo anti vibración.
• El trayecto de la tubería debe contar con abrazaderas de fijación cada 60 cm. Entre la abrazadera y la tubería siempre debe existir una protección plástica que evite el contacto con el metal-metal. No se debe fijar la tubería directamente a la estructura del vehículo o al soporte por medio de soldadura o proceso similar.
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• No se permite el paso de la tubería por el arco del guardafangos, ni por el túnel de la transmisión
• En casos extremos, si se requiere pasar la tubería por la cabina de pasajeros el recorrido debe ser muy corto y estar protegido por un tubo en los extremos.
Figura 32: tubería para gnc
1.12.2 Conectores de alta presión Son los elementos del sistema que permiten unirla tubería de alta presión a la válvula de cilindro, a la válvula de emergencia, a la conexión de llenado y al regulador de presión. Deben ser construidos en acero, diseñados para el uso con GNC, presión de trabajo 3000 Lppc y resistir una presión de prueba igual a 4 veces la presión de trabajo sin sufrir falla estructural alguna. 1.12.2.1 Tipos de conector utilizado El conector más utilizado en la aplicación de GNC es el tipo cierre por compresión, compuesto básicamente por un anillo y una tuerca de cierre. El anillo puede tener estrías en la superficie inferior de manera que al enroscar la tuerca al cuerpo del conector o directamente al elemento donde se conecta la tubería, la compresión ejercida sobre el anillo obligue a éste a adherirse a la tubería.
Figura 33: tipo de conector para tubería de alta presión
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1.12.3 Mangueras de Gasolina Se utilizan en las conversiones duales, gasolina /GNC, en los vehículos carburados. Esta manguera permite instalar la electro válvula de gasolina en la línea entre la bomba y el carburador. El suplidor de los equipos o el mismo instalador cuando compre este tipo de manguera, debe garantizar que la especificación en cuanto a uso para gasolina, temperatura (al menos120 ° C) y presión de trabajo (150Lppc) sea adecuada. 1.12.3.1 Mangueras de Agua Se utilizan para hacer circular por el regulador al fluido del sistema de enfriamiento del motor. Al igual que la manguera de gasolina, el suplidor del equipo o el instalador debe garantizar que las mangueras utilizadas cumplan con las especificaciones técnicas para su uso. 1.12.3.2 Manguera de Gas de Baja Presión Es la que permite llevar el GGNC desde el regulador hasta el mezclador. Normalmente se utilizan en diámetros desde 15 Mm. hasta 25 Mm., dependiendo de la capacidad del motor; a mayor potencia mayor diámetro requerido. Si el mezclador tiene dos entradas (inyectores) se utiliza una conexión tipo “Y”, con mangueras de menor diámetro para completar este arreglo. 1.12.3.3 Instalación de las mangueras
• Cortar la manguera, de acuerdo con la distancia existente entre el regulador y el mezclador, la trayectoria de la misma debe ser lo más recta posible para evitar vibraciones.
• Si la manguera tiene protección con malla de metal, se deben
eliminar los bordes filosos y aplicar cinta plástica sobre los mismos para evitar cortaduras.
• Introducir la manguera en el tubo de salida del regulador y en la
entrada de los inyectores en el mezclador, asegurar que entre ajustadamente en ambos extremos.
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1.13 INDICADOR DE PRESIÓN Es un dispositivo que permite controlar la cantidad de gas con que cuenta el sistema, desde que se carga en la estación de servicio, hasta llegar al nivel de requerir un nuevo reabastecimiento. Este dispositivo está conformado por un manómetro y un indicador de nivel 1.13.1 Manómetro: Se utiliza para medir directamente la presión de carga al sistema, el cual por normativa, es obligatorio instalar cerca de la conexión de llenado del vehículo La esfera de lectura debe ser de por lo menos 50 Mm. de diámetro, con escala de 0 a 400 bar. (0 a 5.800 Lppc, preferiblemente con señalización de alerta a zona de sobrepresión (normalmente se resalta con color rojo en la lectura por encima de los 210 bar 0 3.000 Lppc.) El suplidor del equipo, debe garantizar la certificación de prueba y precisión del manómetro. 1.13.2 Instalación del Manómetro:
• Instalar el manómetro lo más cerca posible de la conexión de llenado, a fin de poder controlar la presión durante el llenado del sistema.
• Colocar en la base de manómetro la arandela de sello (aplicación
con rosca paralela)
• Aplicar una capa de sellante a la rosca.
• Apretar lentamente hasta que la cara del dial quede en posición visible.
• Si el ajuste final no permite que la cara del dial quede en posición
visible, desmontar la pieza que recibe al manómetro (una “T” o conector a la entrada del regulador) y voltearla.
• Si la rosca es cónica y el dial no queda en la posición deseada,
desenroscar, aplicar una cantidad mayor de teflón y reapretar.
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Figura 34: manómetro e instalación.
1.13.3 Indicador de nivel.
Es el instrumento electrónico que indica la cantidad de GNC disponible en los cilindros de almacenamiento, éste se debe instalar sobre el tablero del vehículo, en posición de fácil lectura para el conductor. El indicador recibe una señal eléctrica, generada por un transductor instalado sobre la línea de alta presión (normalmente el manómetro tiene incorporado este transductor) y la presenta en el indicador en forma de luces o de dial analógico (similar de la gasolina) Por normas de seguridad no está permitido llevar la señal de presión de gas directamente al tablero, siempre habrá que usar un indicador electrónico.
Normalmente, el indicador de nivel tiene incorporado al selector de combustible, de no ser así, debe instalarse lo más próximo uno del otro.
1.14 MEZCLADOR AIRE / COMBUSTIBLE
Es el encargado de mezclar el aire y el GNC en las proporciones correctas (relación estequiométrica), bajo cualquier régimen de carga del motor. En los sistemas GNC el mezclador es el equivalente al carburador de un motor a gasolina.
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Es importante escoger el mezclador adecuado para garantizar el mejor rendimiento del motor y el mayor ahorro de combustible
1.14.1 Tipos de mezcladores
Hoy en día se usan básicamente dos tipo de mezcladores: el vénturi variable y el tipo de válvula de aire.
Tabla 1.11: tipos de mezcladores
Tipos Modelos
Vénturi
Sónico Brida Plato Tubos
Área variable
Válvula de Gas
Dada la gran variedad de tipos y modelos de mezcladores existentes, no es posible describir en detalle un procedimiento de montaje único. En este punto se indica algunas recomendaciones prácticas para la instalación. Sin embargo, es necesario respetar las especificaciones de cada fabricante.
1.14.1.1 Mezclador Tipo Vénturi Este tipo de mezclador se apoya en el principio de reducción de sección transversal, conocido como “principio de Vénturi”. El cual consiste en reducir el área por donde pasa un fluido para provocar su aceleración. En el caso del mezclador, el aire que pasa por el vénturi es acelerado en la sección más estrecha del pasaje, la cual es llamada garganta del vénturi, o vena contraída. Esta aceleración crea una presión negativa en la última etapa del regulador, lo cual se transforma en suministro de combustible por este cambio de presión. Los suministros de GNC, se encuentran igualmente ubicados alrededor de la garganta del vénturi. Una vez que el GNC ha atravesado estos orificios, se mezcla con el aire y pasa seguidamente a la cámara de combustión, por medio de la válvula estranguladora o válvula de aceleración del motor.
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En la forma conceptual más sencilla, esta operación es todo lo que se requiere para mezclar eficientemente el aire con el GNC. Sin embargo, es muy importante tomar en cuenta el perfil del vénturi, la garganta para el paso de aire, y los orificios para el paso de GNC. El perfil ideal en el diseño de un mezclado, es la forma tipo vénturi simétrica, con entrada redondeada y una larga cola de salida. Con esta forma, se podrá lograr producir el mayor incremento en la velocidad del aire con la menor caída del volumen del mismo El diámetro de la garganta debe ser suficiente para acelerar el aire en el modo GNC, pero no tan reducido que perjudique la cantidad de aire que requiere el motor en gasolina. Los orificios para el paso de GNC, se calculan en función de la proporción aire / combustible En algunos casos, la forma tipo vénturi no llega a ser del todo práctica para su instalación, debido a la limitación en cuanto al espacio físico disponible (altura entre el carburador y el capó).
Figura 35: mezclador tipo vénturi
Funcionamiento:
Cuando el motor está en marcha mínima, el flujo de aire es bajo, y la mezcla del combustible se controla con el tornillo de mínimo del regulador, suministrando el gas bajo presión hasta los orificios del mezclador. Este circuito de control se cierra en el momento que el flujo de aire aumente por encima del rango de control mínimo.
El procedimiento de instalación de los mezcladores tipo vénturi debe efectuarse prestando atención al manejo de materiales y limpieza para evitar que partículas de metal pueda caer accidentalmente en el interior del carburador.
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La entonación del motor con mezcladores bajo el principio vénturi, no debe requerir control o restricción de la entrada de aire, sin embargo, en casos extremos donde no se logre la debida entonación se puede recurrir a este tipo de restricción, pero garantizando que la misma no produzca restricción cuando el motor opere en gasolina. En caso de que esto ocurra, aumentar el diámetro de la garganta del vénturi y utilizar una restricción de aire variable que abra completamente cuando se usa gasolina.
1.14.1.2 Mezclador Modelo Sónico Consiste en un cuerpo cilíndrico con la entrada redondeada a un ángulo aproximadamente de 20° y una salida de cola alargada con un ángulo suavizado menor de 10°. Recibe el nombre de sónico ya que la velocidad del aire alcanza, en ocasiones, hasta 300 m / s a las más altas rpm del motor. Su diseño permite aprovechar al máximo el principio del vénturi. Instalación.
• Se instala en los vehículos que tienen sistema de filtro de aire a distancia del carburador
• Colocar el mezclador sobre la manguera del conducto de aire,
después del filtro y lo más cercano posible al carburador.
• Orientarlo con la entrada del flujo de aire por el lado del ángulo mayor (aprox. 20°) y la salida de la mezcla aire / combustible por el lado del ángulo menor (aprox. 10°). Una flecha estampada sobre el cuerpo del mezclador debe indicar el sentido del flujo.
Figura 36: mezclador modelo sónico
1.14.1.3 Mezclador Modelo Brida Consiste en un cuerpo que tiene incorporado y debidamente ubicado el inyector de GNC, facilitando el montaje y asegurando la alineación con el carburador. En algunos modelos en lugar de inyector tiene incorporado un
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anillo con pequeños orificios alrededor de su superficie que suministran el GNC dosificadamente. Existen modelos que tienen un mecanismo enriquecido de mezcla, el cual consiste a una placa que restringe el paso de aire cuando el sistema trabaja a GNC. La activación de esta placa pude efectuarse por medio de un dispositivo eléctrico, mecánico, neumático o hidráulico.
Instalación
• Colocar el mezclador directamente sobre el carburador, para lo cual se debe retirar el sistema del filtro de aire.
• Acoplar la forma de la brida perfectamente con el cuerpo del
carburador, aplicando sellador o empaques adecuados que garantice la hermeticidad.
• Nunca utilizar silicón como sellador por que dificulta el
mantenimiento del carburado9r, la gasolina lo disuelve y con el tiempo se deteriora.
• Colocar el sistema de filtro de aire directamente sobre el mezclador
Figura 37: mezclador tipo brida
1.14.1.4 Mezclador Modelo Plato Está compuesto por una plancha con la forma de la base del carburador y por los inyectores de GNC. En algunos modelos en lugar de inyector tiene incorporado un anillo con pequeños orificios alrededor de su superficie que suministran el GNC dosificadamente.
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Instalación:
• Cuando el diseño del carburador no permite acoplar ningún modelo de brida, se requiere desmontarlo e instalar un mezclador tipo plato directamente acoplado al múltiple.
• Sobre el mezclador ya instalado se coloca nuevamente el
carburador.
• Sellar herméticamente con empaque apropiado en la zona de acople y mantener la altura final del carburador por debajo del capó.
Figura 38: mezclador tipo plato
1.14.1.5 Mezclador Modelo Tubos
Consiste en un pequeño cuerpo donde están la entrada de GNC, el tornillo de regulación y los tubos de salida. Este tipo de mezclador se usa generalmente para los carburadores de dos o más bocas. Instalación:
• En los casos extremos donde no se pueda utilizar algún mezclador de
los ya descritos (sónico, brida o plato), se recurre al mezclador tipo tubos.
• Colocar el mezclador sobre el carburador de forma tal que los tubos queden centrados en los vénturis, a la altura de máximo estrangulamiento, siempre que la ubicación no entorpezca ningún mecanismo del carburador.
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• Hacer la conexión pasando la manguera de gas a través de la pared del purificador y sellar adecuadamente.
• Fijar el mezclador al carburador o a la base del purificador según convenga
Figura 39: mezclador tipo tubo
1.14.1.6 Mezclador Tipo Área Variable
El mezclador de aire / combustible tipo área variable usa un diafragma con un resorte calibrado (válvula de aire), para controlar la cantidad de GNC que fluirá al motor.
La válvula de aire se encuentra sobre la parte superior de la garganta del mezclador, de forma tal que el aire a presión atmosférica que pasa alrededor de la válvula hacia el mezclador produzca una presión diferencial entre la parte superior y la parte inferior del diafragma. El vacío del vénturi, fluye a través de pequeños pasajes en la válvula de aire, hasta reducir la presión en la cámara ubicada sobre el diafragma. La presión de vacío creada actúa contra el resorte del diafragma, forzando a subir la válvula de aire. Al disminuir nuevamente la presión de vacío, la fuerza del resorte forzará a cerrar el paso de gas.
Este sistema de mezclador, dosifica el combustible en proporción directa y constante al flujo de aire, es decir, a mayor flujo de aire, mayor será la abertura de la válvula de aire. El flujo de gas es directamente proporcional a la válvula de aire de vacío.
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Figura 40: mezclador tipo área variable
1.15 VARIADOR DE AVANCE O CURVA Es un dispositivo electrónico para procesar el tiempo de encendido del motor de las siguientes formas: retrasando, avanzado u optimizando el tiempo. Como la velocidad con que se quema la mezcla de aire / GNC (velocidad de llama) es menor, que la velocidad de la mezcla con gasolina, se hace necesario entonces, variar el tiempo de encendido (grados de avance) de la bujía (chispa) El variador de avance también se conoce como “Timing Advance Processor” (TAP), curva de avance, curva dual u optimizador de tiempo.
Figura 41: curva de funcionamiento del avance de la chispa.
1.15.1 Funcionamiento La curva dual para ajustar el tiempo de encendido puede operar de las siguientes maneras:
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1.15.1.1 Método de retardar el encendido: Cuando el vehículo opera a gasolina, la curva dual electrónicamente retardará el tiempo en esos mismos 15°, de manera que el encendido quedará dentro de la especificación original de fábrica para operar a gasolina. Cuando el vehículo opera en el modo GNC, el tiempo es avanzado electrónicamente para optimizar las características de encendido de la llama en la mezcla a gas natural. Por ejemplo, cuando el motor está en marcha mínima a GNC, el tiempo es retardado electrónicamente con respecto a la especificación para gasolina. Al subir la marcha a 2.000 rpm, se requieren aproximadamente unos 13° sobre el tiempo a gasolina; de esta forma, la curva dual realmente estará retardando sólo en 2°, los 15° de avance en que fue ajustado el distribuidor, para dejar el tiempo en 13°. La curva dual será capaz de retardar o avanzar el tiempo dependiendo de las rpm del motor, para poder ajustarse a la curva de referencia que trae grabada. 1.15.1.2 Método de avance de encendido:
En esta modalidad la curva dual recibe las primeras dos señales de encendido en gasolinas ocurridas en las bujías de los dos cilindros respectivos. El tiempo de avance para la tercera chispa es calculada con el dato de las dos señales Este cálculo lo realiza la curva dual en 3 milisegundos a 2.000 rpm.
La señal de la curva de encendido original a gasolina, estará siendo monitoreada permanentemente, de manera que la señal de salida sea modificada al tiempo de encendido adecuado a las características del GNC. 1.15.1.3 Método de optimización del tiempo de encendido:
Con esta modalidad, la curva dual permite ajustar el tiempo de encendido cuando el motor opera bajo carga. Este método trabaja conjuntamente con la señal del Múltiple de Presión Absoluta (MAP). El sensor del MAP transforma la señal de vacío del motor a una señal de 0,5 voltios, dependiendo de la carga del motor.
Otra posibilidad de ajustar el optimizador de tiempo es ajustando el tiempo de encendido con la señal de voltaje leído en el “Throttle Position Sensor” (TTPS), es decir, el sensor de posición de la válvula de estrangulación o mariposa. También es esta modalidad además de la señal del TPS, se puede usar la señal de las rpm para mantener el tiempo de encendido en los grados de avance original de fábrica, cuando el
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motor está por debajo de 500 rpm, de esta forma se evitan contra explosiones cuando se está arrancando el motor.
1.16 PRUEBAS DE POSTCONVERSIÓN Consiste en evaluar el funcionamiento del vehículo previo a la entrega al cliente, para garantizar la correcta operación en ambos combustibles, gasolina y GNC. 1.16.1 Pruebas de fuga: 1.16.1.2 Fugas de GNC: Se efectúa con un equipo portátil que contiene GNC a 3.000 Lppc.
• Se debe Colocar el vehículo de cada cilindro de almacenamiento y
abrir la válvula de emergencia.
• Conectar el pico de llenado del equipo portátil de prueba a la conexión de llenado del vehículo.
• Abrir lentamente la válvula de cilindro del equipo hasta cargar en el vehículo unos 300Lppc de presión.
• Aplicar agua jabonosa hasta producir suficientemente espuma en cada conector de la tubería de alta presión y sobre el cuerpo del regulador, especialmente sobre los tapones de inspección de cada etapa.
• Si se detecta fuga, proceder a cerrar la válvula del cilindro de prueba, desconectar el pico de llenado, aflojar el conector donde se detecto la fuga y esperar que la tubería quede completamente despresurizada.
• Desconectar el conector con problemas de fuga, inspeccionar el anillo de cierre. De notar alguna deformación o daño producido durante el montaje proceder a sustituir la pieza.
• Iniciar nuevamente la presurización aumentando progresivamente hasta 1.500Lppc, inspeccionar los posibles puntos de fuga, corregir de ser necesario. Completar la presurización hasta los 3.000 Lppc. Realizar la inspección final.
• Desconectar el equipo portátil de prueba, abrir las válvulas de cilindro y llevar el vehículo a la estación de servicio de GNC para efectuar la primera carga del sistema.
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1.16.1.2 Fugas de Gasolina Para detectar las fugas de gasolina se debe inspeccionar la electro válvula de gasolina y las conexiones de las mangueras Con el motor en marcha, mover ligeramente la electro válvula y mangueras para simular vibración.
1.16.1.3 Entonación del vehículo en ambos combustibles.
Se debe calentar el motor hasta la temperatura de operación (90- 95 °C). Registrar los grados de avance del encendido y las rpm en mínimo y tomar los valores de HC y CO tanto en marcha mínima como a 2.500 rpm. Evaluar primero en gasolina y luego en GNC. 1.16.2 Prueba de recorrido Una vez cumplida las fases anteriores se procede a efectuar una prueba de recorrido o prueba de manejo para verificar lo siguiente: • Funcionamiento del selector de combustible en marcha mínima y en
velocidad de operación.
• Parada y arranque repentino del vehículo a gasolina y a GNC.
• Aceleración y desaceleración.
• Respuesta del motor en general.
1.17 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA CICLO OTTO
1.17.1 CICLOS GENÉRICOS: Una característica clave de los motores de combustión interna es que en cada ciclo se aspira aire fresco, luego se adiciona el combustible y se quema en el interior del motor. Luego los gases quemados son expulsados del sistema y se debe aspirar nueva mezcla o aire. Por lo tanto se trata de un ciclo abierto.
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Figura 42: ciclo genérico de motor de combustión interna
En la Figura 41 vemos un ciclo genérico de un motor de combustión interna. Este consta de las siguientes partes generales: • Existe una presión mínima en el sistema equivalente a pa.
• Desde 1 hasta 2 se realiza una compresión, en teoría adiabática sin
roce.
• Entre 2 y 3 se realiza la combustión, con un aporte de calor Qabs.
• Entre 3 y 4 se realiza la expansión de los gases calientes. Normalmente es en esta etapa donde se entrega la mayor parte del trabajo. Esta expansión es también, en teoría, adiabática y sin roce.
• En 4 se botan los gases quemados a la atmósfera. El ciclo es realmente abierto, pero (para efectos de análisis) se supone que se cierra entre 4 y 1, volviéndose el estado inicial.
Una evolución clave en este ciclo genérico es la compresión de base 1-2. En efecto, ella es característica de cada ciclo y es (relativamente) constante. En cambio en la operación real, la cantidad de calor Qabs puede variar en forma importante, por lo tanto también varía la evolución 3-4. Pero la compresión de base es relativamente estable.
Se puede demostrar fácilmente que el rendimiento de la compresión de base queda expresado por:
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Figura 43: relación de compresión
Por lo tanto, para aumentar el rendimiento del ciclo conviene, en lo posible, aumentar lo más que se pueda la compresión de base. Los límites a esta compresión pueden venir de dos fuentes:
• En el caso de que solo se comprima aire (motores Diesel, turbina a gas), la compresión máxima queda fijada solo por razones tecnológicas.
• En el caso que se comprima una mezcla aire-combustible (motor Otto), la compresión máxima queda fijada por los límites de detonación o auto inflamación.
1.17.2 Condiciones para maximizar el rendimiento del Ciclo En este ciclo genérico tenemos varias cosas que se pueden hacer para maximizar el trabajo obtenido.
• De ser posible, siempre conviene prolongar la expansión 3-4 hasta la presión ambiente. Con ello se gana un área de trabajo adicional "sin costo". Claro que en motores alternativos (cilindro-pistón), esto no es posible, pues el volumen máximo está definido.
• En el caso de que la presión máxima esté fija, conviene que la combustión se realice a presión constante. En efecto, cuando uno comprime solo aire, conviene que esta compresión sea la máxima posible para maximizar el rendimiento.
• En el caso de que la compresión máxima esté fija (caso motor Otto en que se comprime aire-combustible), conviene que la combustión se realice a volumen constante.
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Figura 44: área de trabajo para maximizar el rendimiento del motor.
1.17.3 El conducto de admisión de un motor
Son los canales interiores que tiene la culata para la entrada y salida de gases. Se distinguen de los correspondientes colectores (también admisión y escape) en que están dentro de la culata y, por tanto, tienen paredes siempre metálicas del mismo material que ella (generalmente aluminio). La forma de los conductos determina cómo entran los gases de admisión y salen los de escape; si hay más de un conducto de admisión, no necesariamente tienen que ser iguales entre sí.
Figura 45: cuerpo de admisión
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1.18 TEORÍA DEL TRANSMISOR DE POTENCIA Y VÁLVULA DE AHOGO
1.18.1 Válvulas tipo mariposa
Una válvula tipo mariposa es un dispositivo para interrumpir o regular el flujo de un fluido en un conducto. En el ámbito de las válvulas para uso en hidráulica y neumática, se distinguen por las siguientes características:
• Están en todos los casos contenidas al interior de la tubería
• Tienen una baja pérdida de carga cuando están totalmente
abiertas.
• Son utilizadas en conductos de aire y tuberías para líquidos
• En aplicaciones mecánicas, por ejemplo en motores.
Figura 46: válvula de mariposa
1.18.1.1 Características
Estas válvulas son de baja y media presión y diseño sencillo, soliéndose usar para controlar el flujo y regularlo.
Se caracterizan por ser de operación rápida, ya que solo necesita un cuarto de vuelta para pasar de la posición de cerrado a la posición de abierto, teniendo además una pequeña caída de presión dado a que no alteran la dirección del fluido.
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Figura 47: válvula para tuberías
Suelen emplearse para servicios de poca y media presión. Utilizándose en todos los servicios con agua y aire, exceptuando aquellos en los que sea necesario un estrangulamiento extremo, dado a que el desgaste excesivo del forro interior acorta la vida de la válvula, éste forro suele ser un elastómero. Suelen ser adecuadas para servicios corrosivos y para instalaciones en las que se quiera conseguir ahorros importantes, a causa de su simplicidad de diseño y a su limitación de superficie de contacto con el fluido. Solamente tres componentes están en contacto con el fluido: forro, disco y eje, por lo que solo estas partes han de ser resistentes a la corrosión.
Las válvulas de mariposa se fabrican con el disco solidario al eje. Estas válvulas provocan pequeñas pérdidas de carga, tanto como si se halla en posición entreabierta, como enteramente abiertas.
Sin embargo, en posición cerrada no siempre consiguen un cierre hermético. A este respecto, se obtienen buenos resultados si el cierre se consigue haciendo presionar el disco sobre un forro interior.
1.18.2 Servomotores
Los servos son un tipo especial de motor de corriente continua que se caracterizan por su capacidad para posicionarse de forma inmediata en cualquier posición dentro de su intervalo de operación. Para ello, el servomotor espera un tren de pulsos que se corresponde con el movimiento a realizar. Están generalmente formados por un amplificador, un motor, un sistema reductor formado por ruedas dentadas y un circuito de realimentación, todo en una misma caja de pequeñas dimensiones. El resultado es un servo de posición con un margen de operación de 180° aproximadamente.
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Figura 48: servomotor
1.18.2.1 Características
El servo es un dispositivo con un eje de rendimiento controlado ya que puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal codificada. Con tal de que exista una señal codificada en la línea de entrada, el servo mantendrá la posición angular del engranaje. Cuando la señal codificada cambia, la posición angular de los piñones cambia. En la práctica, se usan servos para posicionar elementos de control como palancas, pequeños ascensores y timones. También se usan en radio-control, marionetas y, por supuesto, en robots. Los Servos son sumamente útiles en robótica. Los motores son pequeños. Un motor como el de las imágenes superiores posee internamente una circuitería de control y es sumamente potente para su tamaño.
1.18.2.2 Composición del servo
El motor del servo tiene algunos circuitos de control y un potenciómetro conectado al eje central del motor. En la figura superior se puede observar a la derecha. Este potenciómetro permite a la circuitería de control, supervisar el ángulo actual del servo motor. Si el eje está en el ángulo correcto, entonces el motor está apagado. Si el circuito chequea que el ángulo no es correcto, el motor volverá a la dirección correcta, hasta llegar al ángulo que es correcto. El eje del servo es capaz de llegar alrededor de los 180 grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero varía según el fabricante.
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Un servo normal se usa para controlar un movimiento angular de entre 0 y 180 grados. Un servo normal no es mecánicamente capaz de retornar a su lugar, si hay un mayor peso que el sugerido por las especificaciones del fabricante.
El voltaje aplicado al motor es proporcional a la distancia que éste necesita viajar. Así, si el eje necesita regresar una distancia grande, el motor regresará a toda velocidad. Si este necesita regresar sólo una pequeña cantidad, el motor girará a menor velocidad. A esto se le denomina control proporcional.
Figura 49: configuración del servo
Figura 50: engranajes del servo
1.18.2.3 Funcionamiento del servo. Control PWM
La modulación por anchura de pulso, PWM (Pulse Width Modulation), es una de los sistemas más empleados para el control de servos. Este
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sistema consiste en generar una onda cuadrada en la que se varía el tiempo que el pulso está a nivel alto, manteniendo el mismo período (normalmente), con el objetivo de modificar la posición del servo según se desee.
Para la generación de una onda PWM en un microcontrolador, lo más habitual es usar un timer y un comparador (interrupciones asociadas), de modo que el microcontrolador quede libre para realizar otras tareas, y la generación de la señal sea automática y más efectiva. El mecanismo consiste en programar el timer con el ancho del pulso (el período de la señal) y al comparador con el valor de duración del pulso a nivel alto. Cuando se produce una interrupción de overflow del timer, la subrutina de interrupción debe poner la señal PWM a nivel alto y cuando se produzca la interrupción del comparador, ésta debe poner la señal PWM a nivel bajo.
Figura 51: PWM para recorrer todo el rango de operación del servo
El sistema de control de un servo se limita a indicar en qué posición se debe situar. Esto se lleva a cabo mediante una serie de pulsos tal que la duración del pulso indica el ángulo de giro del motor. Cada servo tiene sus márgenes de operación, que se corresponden con el ancho del pulso máximo y mínimo que el servo entiende. Los valores más generales se corresponden con pulsos de entre 1 ms y 2 ms de anchura, que dejarían al motor en ambos extremos (0º y 180º). El valor 1.5 ms indicaría la posición central o neutra (90º), mientras que otros valores del pulso lo dejan en posiciones intermedias. Estos valores suelen ser los recomendados, sin embargo, es posible emplear pulsos menores de 1 ms o mayores de 2 ms, pudiéndose conseguir ángulos mayores de 180°. Si se sobrepasan los límites de movimiento del servo, éste comenzará a emitir un zumbido, indicando que se debe cambiar la longitud del pulso. El factor limitante es el tope del potenciómetro y los límites mecánicos constructivos.
El período entre pulso y pulso (tiempo de OFF) no es crítico, e incluso puede ser distinto entre uno y otro pulso. Se suelen emplear valores ~ 20 ms (entre 10 ms y 30 ms). Si el intervalo entre pulso y pulso es inferior al mínimo, puede interferir con la temporización interna del servo, causando un zumbido, y la vibración del eje de salida. Si es mayor que el máximo,
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entonces el servo pasará a estado dormido entre pulsos. Esto provoca que se mueva con intervalos pequeños.
Es importante destacar que para que un servo se mantenga en la misma posición durante un cierto tiempo, es necesario enviarle continuamente el pulso correspondiente. De este modo, si existe alguna fuerza que le obligue a abandonar esta posición, intentará resistirse. Si se deja de enviar pulsos (o el intervalo entre pulsos es mayor que el máximo) entonces el servo perderá fuerza y dejará de intentar mantener su posición, de modo que cualquier fuerza externa podría desplazarlo.
Figura 52: Tren de pulsos para control del servo
Figura 53: Otra posibilidad de pulsos de control
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CAPITULO II. DETERMINACIÓN DE LOS CRITERIOS DE SELECCIÓN
DEL MECANISMO A DISEÑAR.
2.1 NORMATIVIDAD El uso de gas natural como combustible en vehículos automotores está regido por normas y legislaciones muy estrictas y severas, que cubren todos los aspectos, desde la fabricación hasta el despacho en la estación. • RESOLUCION No. 80582 DE ABRIL 8 DE 1996
Por la cual se reglamenta el almacenamiento, manejo y distribución del gas natural Comprimido (GNC) para uso en vehículos automotores, la conversión de los mismos y se delegan unas funciones.
• DIN 1672-2
Esta norma contiene criterios generales para la configuración y construcción de máquinas y dispositivos con el fin de que éstas dispongan de un diseño apropiado para su fácil limpieza y cambio. Además, incluye indicaciones generales relacionadas con los materiales utilizados.
Productividad: Respuesta del mecanismo con respecto a la velocidad de realización de apertura, a si mismo suplir la realización de los venturis que se utilizaban en los mezcladores anteriormente Costos: Costos menores en cuanto a los demás mecanismos propuestos Resistencia: Alta resistencia al desgaste, y a la corrosión. Soportando un ambiente de altas temperaturas. Mantenimiento y manipulación por los instaladores: Un mecanismo sencillo de fácil utilización tanto para su manipulación como para las personas encargadas del mantenimiento de la máquina Construcción: Utilización de materiales comerciales en la construcción de este. (Industria metalúrgica y electrónica), al igual que materiales que sean aptos para la industria, tanto por su fácil mecanizado como fácil manipulación.
• NTC 4830-15 Esta norma Colombia se utiliza para la regulación de la fabricación y uso de los componentes del sistema de combustible para vehículos que funcionan con gas natural comprimido
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CAPITULO III. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE MATERIALES DE FABRICACION DEL DISPOSITIVO Y DISPOSITIVO MOVIL PARA LA
APERTURA DE LA VALVULA
En el dispositivo móvil es tomado como fundamento el funcionamiento de la válvula tipo mariposa, con las características que nos presenta esta válvula podemos estar variando la cantidad de aire que pasa por el sistema de aspirado del vehículo. Las medidas que se observan en el anexo 7, tienen como fundamento el grosor de la manguera, el diámetro externo del dispositivo es ajustado al diámetro interno de la manguera. En la figura 52 muestra el ensamble del conjunto en el vehículo. Estas mangueras tienen una medida estándar, dependiendo del cilindraje que trabaje el vehiculo. En el mercado existe mangueras de 2, 2.5 y 3 pulgadas. A continuación se muestra las partes del dispositivo:
Figura54 partes del dispositivo
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Figura 55. Dispositivo colocado en el vehículo.
3.1 SELECCIÓN DE MATERIALES Y DISEÑO PARA EL DISPOSITIVO MECÁNICO
3.1.1 Criterios de selección de materiales para el dispositivo mecánico. En la selección del material indicado para la realización del cuerpo de la válvula, se tuvo en cuenta las siguientes variables 1. Variables que fueron seleccionadas a partir de la norma NTC:4830-112 equivalente ISO 15500-11. a. Alta resistencia a la corrosión. Se puede presentan corrosión en la pieza diseñada a partir de condiciones ambientales; tales como continuo paso de aire que contenga porcentaje de humedad o la salinidad y temperatura del fluido en contacto con el metal b. Resistencia a altas temperaturas. El motor del vehículo, al ser una máquina térmica, no tiene una temperatura térmica homogénea; es decir, en algunas partes el vehículo
1 INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDADIZATION. Road Vehicles. Compressed Natural GAS (CNG) Fuel Systems Components. Part 2: Performance and General Test Methodos. Genova. 2001, 8P (ISO 15500-2) 2 COMPONENTE DEL SISTEMA DE COMBUSTION PARA VEHICULOS QUE FUNCIONAN A GAS NATURAL COMPRIMIDO. Parte2: Desempeño y partes generales del ensayo. Colombia. 2002,12P(NTC 4830-1)
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puede alcanzar hasta 800°C (zonas de escape) y en otras zonas hasta 90°C que es la temperatura usual. Para que el vehículo mantenga una temperatura entre los 90°C y 150°C, comúnmente el motor es refrigerado por agua. c. Alto coeficiente de dilatación. A partir del cambio de temperatura en el motor del vehículo; se afectaría la longitud y volumen del dispositivo diseñado. Para corregir este error es necesario neutralizar las tensiones en la pieza. Como se demuestra en la siguiente ecuación:
( ) α⋅−= Am TTT (1) Donde:
mT = Temperatura media de la zona.
AT = Temperatura actual del dispositivo α = Coeficiente de dilatación del material del dispositivo. La ecuación 1 se desarrollara teniendo en cuenta el material elegido en la sección 3.2.2.1 d. Alta resistencia al desgaste, teniendo en cuenta operación continúa. En este tipo de dispositivo se presenta desgaste por fricción y corrosión. Es necesario escoger un material que por lo tanto soporte este tipo de desgaste y también el desgaste causado por fatiga. Se refiere a operación continua, si los componentes del mezclador se mueven repetidamente durante la operación del motor. e. Momentos de flexión. El componente debe operar sin presentar agrietamiento, rotura o fugas. Es decir el material elegido debe haber sido sometido a ensayos de tracción.
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f. Resistencia al torque excesivo. Los materiales diseñados para ser conectados directamente a accesorios deben resistir, sin deformarse, fracturarse o presentar fugas, la aplicación de un torque igual al 150% del valor nominal de su torque de instalación 1 Es necesario tener en cuenta que muchas de estas variables, también se tuvieron en cuenta para el diseño de la válvula. 3.2 Selección del material del dispositivo. A partir de las variables expuestas en la sección 3.1.1, se hace la siguiente elección de materiales. 3.2.1 Acero inoxidable martensítico al nitrógeno M340
La Tabla N°3.1 muestra la composición química del acero inoxidable al nitrógeno M340.
Tabla N°3.1. Composición química.
C Si Mn Cr Mo V N En %
0.54 0.45 0.40 17.3 1.10 0.10 +
Descripción: Acero inoxidable martensítico al nitrógeno. Excelente resistencia a la corrosión, pulibilidad y resistencia al desgaste comparado con los aceros ASI 420 (DIN 1.2083). Aplicaciones: Excelente para moldes de inyección de PVC. Tornillos de extrusión para plásticos. Insertos para moldes. Cuchillas del sector de alimentos. Instrumental quirúrgico. Procesos de fabricación ESR. Ideal para el trabajo en situaciones que requieran extrema resistencia al desgaste y a la corrosión además de óptima actitud para el pulido. Propiedades: Óptima resistencia a la corrosión. Optima resistencia al desgaste. Optima pulibilidad. Excelente máquinabilidad. Dureza después del temple 53-58HRC 1 Ibit P7.
100
3.2.1.1 Partes fabricadas Las partes del dispositivo que se diseñaron con el acero inoxidable martensítico al nitrógeno M340 son: a. Eje b. Moneda. 3.2.2. Aluminio Una alternativa es la utilización de aluminio, ya que su mecanización es sencilla y económica. Aplicando un recubrimiento adicional o realizando un proceso de anodizado, el aluminio es más resistente a los detergentes. Sin embargo, no siempre es necesario adoptar estas medidas, ya que muchos detergentes contienen aditivos que evitan daños en el aluminio. A continuación se muestran las características mecánicas del aluminio: Limite resistencia a la tracción: Puro:
2/200160 mmN− Estado aleado:
2/60001400 mmN−
Resistente a la corrosión, gracias a la capa 32OAl formada. Permite la aleación fácil con otros materiales. 3.2.2.1 Anticorodal110 en AW6082/AlMgSi Anticorodal-110 es una aleación entre Magnesio, Silicio y Aluminio con alta resistencia al desgaste y a la corrosión. También soporta grandes torsiones mecánicas y temperaturas En la tabla N° 3.2 se muestran algunas propiedades físicas de este aluminio:
Tabla N°3.2 Propiedades físicas del Anticorodal
Densidad 3/70.2 cmg Modulo de elasticidad MPa69000 Coeficiente de expansión termal
16104.23 −− Kx
Conductividad térmica mKW /170150− Conductividad eléctrica 2/2824 mmm Ω−
101
- Neutralización de tensiones en la pieza.
( ) 6104.2316.33316.363 −⋅°−°= xCKT Es necesario obtener este resultado para conocer cuanta longitud o volumen el dispositivo cambiara según la temperatura media de la zona, por causa de dilatación del material. 3.2.2.2 Partes fabricadas Las partes del dispositivo que se diseñaron con aluminio Anticorodal- 110 fue: a. El cuerpo del dispositivo 3.3 Diseño del dispositivo. 3.3.1 Análisis de flujo masivo en el dispositivo y caudal saliente. El problema se trata como el caso de un fluido compresible que atraviesa un conducto, impulsado por una diferencia de presiones, y en el que se produce una reducción de sección, debida a la mariposa. Así, la expresión del caudal es la siguiente 1:
)()(),( max φαφα ffCmm damaramar && = (2) La ecuación 2 es necesaria en este caso para describir, de qué manera se comporta el dispositivo diseñado, a partir del fluido que transita por este Donde:
adm
admmaramar RT
PDm4
2max π
=&
Siendo maxamarm& el caudal de aire máximo posible, dC el coeficiente de
descarga, marD el diámetro de la válvula de mariposa, admP y admT la presión y la temperatura respectivamente en la parte de admisión del aire,
)(αf el coeficiente de sección en función del ángulo, y φ el cociente entre las presiones entre salida y entrada del conducto. Si se desprecia la 1 TAYLOR , C.F. The internal combustión Engine in Theory and Practice. Vol1. Thermodynamics, Fluid flow. The M.T.I. Press, 1990
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pérdida de carga en el conducto, se pueden tomar las presiones de entrada y salida igual que a la atmosférica y por lo tanto:
amb
adm
PP
=φ
El caudal máximo alcanzable se tiene que 528,0* =φ El factor de presión se calcula mediante la expresión de Saint Venant:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ +−
−k
kk
kk
12
12 φφ
)1(21
12 −
+
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
+
kk
kk
Este factor es necesario calcularlo para comprobar las ecuaciones de continuidad1 El factor de sección es la sección de paso de la válvula mariposa, en función del ángulo )(φ en el caso de la aplicación, con una mariposa circular articulada por su diámetro, la expresión es:
ααα
ααα
αααα
απααα
arcsen
arcsenafoo
+−−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−−+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
2
00
222
1
...coscos
coscoscoscos
cos2
coscoscos1)(
α Es la relación entre el diámetro del eje y de la mariposa; 0α es el ángulo de la mariposa.
1 En mecánica de fluidos, una ecuación de continuidad es una ecuación de conservación de la masa
103
Figura 56. Caudal del aire en relación con el ángulo de la mariposa1
3.3.2. Ensayos realizados al dispositivo2
Tabla N°3.3. Ensayos aplicables al mezclador aire/gas Método de ensayo Ensayo requerido en la NTC
4830-2 (ISO/FDIS 15500-2)
Resistencia hidrostática x Fugas x Momento de flexión x Operación continua x Resistencia a la corrosión x Envejecimiento con oxigeno
x
3.3.2.1 Resistencia hidrostática. El ensayo del mezclador gas/aire, realizado de acuerdo con lo establecido en la norma NTC 4830-2, la presión de ensayo debe ser igual a 4 veces la presión de trabajo, en bar. Absoluto 3.3.2.2. Fugas El ensayo del mezclador gas/aire debe realizarse a las temperaturas de -40°C, 20°C, 120 °C y a la presión de 3 Kpa (0,3 bar) por encima de la presión de trabajo. 1 http://www.tdcat.cesca.es/TESIS_UPC/AVAILABLE/ 2 COMPONENTE DEL SISTEMA DE COMBUSTION PARA VEHICULOS QUE FUNCIONAN A GAS NATURAL COMPRIMIDO. Parte2: Mezclador aire/gas. Colombia. 2002,12P(NTC 4830-11)
104
3.3.2.3 Operación continúa. Si los componentes del mezclador gas /aire se mueven repetidamente durante la operación del motor, entonces este debe ser sometido a 100 000 ciclos desde el mínimo hasta el máximo flujo. 3.3.2.4 Ensayo de resistencia a la corrosión. En este caso no se aplicara este ensayo, porque el dispositivo se diseño con un material no susceptible a la corrosión. 3.4 análisis de deflexión y carga critica del diseño para la moneda y el eje Para empezar el análisis se toma la presión máxima producida por el vacio del motor, esta presión alcanza los 19 PSI cuando los pistones están en admisión. El cálculo se hace cuando la moneda está completamente cerrada, en este instante las piezas están sometidas a la carga máxima que produce el vacio de presión del motor. Para el análisis de deflexión se dedujo que la fuerza es igual:
Con esta fuerza se realiza el análisis de la moneda y el eje. 3.4.2 Análisis de deflexión de la moneda Para el análisis de deflexión de la moneda se utiliza como fundamento teórico de viga empotrada con carga distribuida como se muestra en la figura 57.
105
Figura 57 viga empotrada
El radio de la moneda es de 30mm pero al estar posicionada sobre el eje, se resta el radio del eje para la realización del cálculo.
Para el cálculo de la deflexión se utiliza la fórmula del desplazamiento máximo.
Donde :
• W= carga distribuida = 13913.2182 N/m • L= longitud de viga en voladizo = 0.026 m • Ealu=modulo de elasticidad aluminio = 6.867*1010N/m2 • Eace =modulo de elasticidad acero = 2.0601*1011N/m2 • I=momento de inercia de el área transversal = 5*10-12 m4
Para la carga critica de la moneda:
La carga a la que es sometida la moneda es mucho menor a los puntos de carga critica de los dos materiales, por lo tanto el material en el que se fabrique la moneda resiste la fuerza aplicada y la presión ejercida no sobrepasa los módulos de elasticidad, pero se escoge el aluminio porque es más económico, y más fácil de obtener.
106
Figura 58: moneda para la válvula
3.4.3 análisis de deflexión del eje Para el análisis de deflexión del eje se utiliza como fundamento teórico de viga biempotrada con carga distribuida como se muestra en la figura 56.
Figura 59: viga biempotrada
Para el cálculo de la deflexión que se produce utilizamos la formula
Donde :
• W= carga distribuida = 6220.368 N/m • L= longitud de viga en biempotrada = 0.06 m • Ealu=modulo de elasticidad aluminio = 6.867*1010N/m2 • Eace =modulo de elasticidad acero = 2.0601*1011N/m2 • I=momento de inercia de el área transversal = 6.3617*10-7 m4 1
Para la carga critica del eje:
1 Momento de Inercia de área transversal circular
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Donde:
• L= longitud de viga en biempotrada = 0.06 m • Ealu=modulo de elasticidad aluminio = 6.867*1010N/m2 • Eace =modulo de elasticidad acero = 2.0601*1011N/m2 • I=momento de inercia de el área transversal = 6.3617*10-7 m4
Figura 60: eje de la válvula
Para la elección de material se decide optar por el acero inoxidable, porque en la industria es más económico encontrar el material formado, y no hay necesidad de fundirlo como en el caso del aluminio.
3.4.4 Servomotor
Para la elección del servomotor se debe tener en cuenta el momento de inercia de la moneda, el eje y el rozamiento producido por la fricción de los metales escogidos.
Para el cálculo del momento de inercia de la moneda se utiliza la siguiente fórmula:
Donde:
• M= masa de la moneda y el eje = 0.027655 kg • R= radio de la moneda = 0.03 m • H= grosor de la moneda = 0.001 m
108
El servomotor escogido fue un servo de alto torque del fabricante americano hobbico que posee las siguientes características, es capaz de vencer la fuerza de inercia del eje y la moneda.
Tabla 3.4: características del servomotor a utilizar
4.8V 6.0V
Descripcióndimensiones
L x A x G pulgadas
(mm)
Pesooz. (g)
Tipo de piñoneria BB Rapidez
(sec/60)
Torque oz.-in. (kg-cm)
Speed (sec/60)
Torqueoz.-in. (kg-cm)
3.3 DISEÑO ELECTRÓNICO PARA EL FUNCIONAMIENTO AUTOMÁTICO DEL MEZCLADOR.
3.3.1 Filtros de alimentación. El diseño que se utiliza en el dispositivo se baso en el ruido que tiene el sistema eléctrico del motor, el circuito tiene que ser muy acondicionado a las exigencias que nos muestra el Pic 16f 873 y el servomotor. Se comienza el diseño con un puente de diodos para rectificar la señal de entrada de la batería, sigue un condensador para almacenar voltaje y como filtro pasa bajo cuando la señal del alternador del vehículo aumenta considerablemente en estado de aceleración. Dos Diodos inversos para evitar retro inducción de señales de voltaje, y un regulador 7805 para mantener los 5 voltios del circuito. El siguiente circuito muestra el diseño desarrollado para eliminar el ruido de la batería:
1.6 x 0.8 x 1.4 (41 x 20 x 36)
1.6 (49) resin 0.19 42 (3) 0.16 49
(3.5) HCAM0149
CS-60 Standard
Sport Aplicación: servo Standard para aplicaciones de alto torque
109
Figura 61 filtro de alimentación
+
10uF
D5
D4
Q1NPN
D3+V5V
+
4700uFD2
D1
En el desarrollo electrónico se utiliza un pic 16f873 debido a que tiene un tamaño moderado con 28 pines, su funcionalidad nos permite trabajar un pin análogo para el sensor, se utiliza tres entradas para operarlo y cuatro salidas, las cuales son para el servomotor y los led indicadores. 3.3.2 Diseño de la tarjeta En el diseño impreso de la tarjeta utilizamos técnicas para minimizar ruido, haciendo los canales más amplios, y utilizándola como disipador de calor.
110
Figura 62 diseño superior de la tarjeta
Figura 63 diseño inferior de la tarjeta
3.3.3 Seguridad y potencia. La parte de potencia se coloco un tip 41 para proteger el pic 16f 873 y suplir las necesidades de corriente que necesita el servomotor.
111
Figura 64 diseño electrónico de potencia
señal para el servo
R11k
+V5V
salida del pic
3.3.4 Sensor de altura El sensor de altura se utiliza para variar la apertura de la válvula mariposa, en el comercio Colombiano encontramos sensores de altura de la familia de Motorola, pero necesitan de un tratamiento de la señal, estos sensores manejan un rango de 40 mili voltios. En el dispositivo se utiliza un sensor con el que se maneja rangos de 0 voltios a 5 voltios, a este dispositivo no hay que hacerle tratamiento de señal, da la facilidad de conectar directamente al microcontrolador. 3.3.4.1 Caracterización del sensor. Para la caracterización del sensor fue necesario un barómetro, para la medición de la presión atmosférica, y un multimetro para tomar la señal del sensor. Para encontrar una altura significativa, fue necesario ubicar el sensor en el cerro de Guayacundo, ubicado en el municipio de Ubaque (Cundinamarca), la altura máxima registrada fue de 4015 metros. Esta altura se dedujo por la presión atmosférica y la siguiente relación lineal de presión vs altura.1 Pactual=Patms*(1-0,00002257*H)^5,256
Donde:
• Pactual= presión actual
• Patms = presión atmosférica sobre el nivel del mar = 760mmHG
• H= altura.
1 METEOROLOGIA SUPERIOR Autor : Antonio Naya Editorial : Espasa Calpe, 1984 Pag 389
112
La siguiente tabla muestra los datos obtenidos para la caracterización del sensor.
Tabla 3.5 caracterización del sensor
ALTURA(Mts) PRESION(MMHG) PRESION EN (PA) KPA VOLTAJE 1 760 101313 101 4,60
100 751 100129 100 4,54 200 742 98944 99 4,48 300 733 97771 98 4,42 400 725 96608 97 4,36 500 716 95458 95 4,29
ALTURA(Mts) PRESION(MMHG) PRESION EN (PA) KPA VOLTAJE 600 707 94318 94 4,23 700 699 93189 93 4,17 800 691 92071 92 4,12 900 682 90964 91 4,06 1000 674 89868 90 4,00 1100 666 88783 89 3,94 1200 658 87708 88 3,88 1300 650 86644 87 3,83 1400 642 85590 86 3,77 1500 634 84547 85 3,72 1600 626 83514 84 3,66 1700 619 82491 82 3,61 1800 611 81479 81 3,55 1900 604 80476 80 3,50 2000 596 79484 79 3,45 2100 589 78501 79 3,40 2200 582 77529 78 3,35 2300 574 76566 77 3,29 2400 567 75613 76 3,24 2500 560 74669 75 3,19 2600 553 73735 74 3,14 2700 546 72811 73 3,10 2800 539 71896 72 3,05 2900 532 70990 71 3,00 3000 526 70093 70 2,95 3100 519 69206 69 2,90 3200 513 68328 68 2,86 3300 506 67459 67 2,81 3400 500 66599 67 2,77 3500 493 65747 66 2,72 3600 487 64905 65 2,68
113
3700 481 64071 64 2,63 3800 474 63246 63 2,59 3900 468 62430 62 2,55 4000 462 61622 62 2,50
A partir de estos datos obtenemos las siguientes graficas, con las cuales manejamos los rangos de apertura con el programa que realizamos para el microcontrolador.
Figura 65 voltaje vs altura
114
Figura 66 presión vs altura
Figura 67 presión vs voltaje
115
CAPITULO IV VERIFICACION DEL ESTADO DEL VEHICULO
4.1 PRUEBAS ELECTRICAS, Y VERIFICACION PARA REALIZACION DE PRUEBA DINAMOMETRICA
Se llevaron a prueba el desempeño mecánico, eléctrico, energético y ambiental, para poderlo comparar con las configuraciones del combustible y cumpliendo las pruebas reconocidas internacionalmente, como se muestra en la tabla 4.1, las pruebas se hicieron con la optimización que le hicimos al kit de conversión en el mezclador usando las condiciones ambientales, y los combustibles Gnv y gasolina.
Tabla 4.1 pruebas de optimización ASPECTO EVALUADO
PRUEBAS REALIZADAS
PROCEDIMIENTO LUGAR
Torque y Potencia
Velocidad constante
Dinamómetro
Aceleración en plano
SAE J1491 Dinamómetro y carretera
Desempeño mecánico del vehículo en la altura de Bogotá
Aceleración en subida
Procedimiento CEF 1
Dinamómetro y carretera
Prueba estática Resolución DAMA 160/96
Dinamómetro y carretera
Desempeño ambiental, emisión de gases contaminantes
Prueba dinámica
Ministerio medio ambiente resolución 909/962
Dinamómetro
Consumo especifico de combustible
Velocidad constante
Dinamómetro Desempeño energético, consumo de combustible Consumo en el
ciclo de conducción
SAE J1082- CICLO DE PRUEBA IM 240
Dinamómetro
4.2 PRUEBAS DE ESTADO DEL VEHICULO
El buen funcionamiento y máximo aprovechamiento del Kit de conversión al sistema dual (gasolina-GNV) depende del estado en el que se encuentre el vehículo al que se le proyecta realizar la optimización del mezclador. Los kits de conversión son sensibles a los siguientes sistemas
1 Debido que a escala internacional no existe pruebas de esta forma, CEF S. A. desarrolla esta prueba. 2 Esta norma es utilizada como guía.
116
del vehículo: motor, sistema eléctrico, y sistema de control de emisiones. A cada uno se le debe realizar pruebas no destructivas con el fin de verificar el estado de los mismos. Para que el vehículo sea apto para ser convertido, se debe obtener los valores nominales medidos en el vehículo dentro de los rangos del funcionamiento óptimo.
4.3 PRUEBAS DEL SISTEMA ELECTRICO 4.3.1 Objetivo Las pruebas del sistema eléctrico se realizan con el fin de verificar el estado del funcionamiento de la batería, bujías, arranque, alternador, bobinas y corregir los posibles daños o malfuncionamientos. Porque el dispositivo además de no funcionar bien se puede dañar. 4.3.2 Descripción de la prueba Esta prueba consiste en el conjunto de mediciones específicas en la tabla 4.2 y verificar que las mismas estén en el funcionamiento óptimo.
Tabla 4.2 descripción de pruebas de electricidad PARAMETRO RANGO FUNCIONAL ÓPTIMO. VOLTAJE INICIAL 9V-15V. ELIMINACION DE LA CARGA EXCESIVA
OK-NO OK.
VOLTAJE NOMINAL 12,45V-13V (75%-100% DE CARGA).
VOLTAJE SUPERFICIAL 0-1 V. DENSIDAD DEL ELECTROLITO 1,235- 1,280 (75%- 100% DE
CARGA) DIF. DE CELDAS < 50. CARGA PERMANENTE CARBURADO < 1 A, INYECTADO
< 2 A. VOLTAJE DE CARGA DE LA BATERIA
V NOMINAL + 1 V.
CORRIENTE DE ARRANQUE 80 A – 120 A. CORRIENTE NOMINAL O CARGA DEL ALTERNADOR
MAYOR A 5 A.
4.3.3 Equipos de medición Los equipos de medición fueron los siguientes:
1. Multímetro 2. Hidrómetro 3. Pinza amperimétrica
117
4.3.4 Descripción de los resultados
Se realizaron cada una de las pruebas sobre el vehículo y se consignaron los resultados en las siguientes tablas, tales resultados fueron comparados con los rangos de funcionamiento óptimo especificado en la anterior tabla 4.2, para determinar si el sistema era optimo para el dispositivo.
4.3.5 Resultados y análisis
A continuación en las tablas se presentan los resultados y análisis para el vehículo evaluado en el sistema eléctrico:
4.3.6 Estado de la batería
Tabla 4.3 estado de la batería
Voltaje Inicial
Voltaje nominal
Voltaje superficia
l
Densidad electrolito
1 2 3 4 5 6 13,28 v 13,03 v 180 v 1275
1275
1275
1275
1275
1275
El vehículo presenta valores de voltaje inicial, voltaje nominal, y voltaje superficial dentro de los parámetros permisibles de acuerdo con los rangos establecidos en la tabla 4.2. No se presentan diferencias significativas de densidad entre los electrolitos de la batería. Por lo anterior, se encuentra que la batería está funcionando adecuadamente.
4.3.7 Voltaje de resistencias y baterías
Tabla 4.4 voltaje de resistencias y baterías
Sistema de alimentación
VEM1 (VOLTAJE ENTRE MASAS)
VEM2 VEM3 REM1 (RESISTENCIA ENTRE MASAS)
REM2 REM3
inyección 0,1 V 0,1 V 0,2 V 0,1 0,2 0,2 El vehículo presenta valores de voltaje entre masas y resistencia entre masas dentro de parámetros permisibles de acuerdo con los rangos
118
establecidos en la tabla 4.2. Por lo anterior las masas se encuentran en buen estado.
Tabla 4.5: voltaje y batería VOLTAJE DE CARGA DE LA BATERIA (V)
CORRIENTE ARRANQUE (A)
CARGA PERMANENTE (A)
14.20 110 0,9 El vehículo presenta valores de voltaje de la carga de la batería, corriente de arranque y carga permanente dentro de parámetros permisibles de acuerdo con los rangos establecidos en la tabla 4.2. Dado lo anterior se encuentra que el alternador y la batería se encuentran en buen estado.
4.4 PRUEBAS DEL ESTADO DEL MOTOR 4.4.1Objetivo Las pruebas del estado del motor se realizan con el fin de verificar el estado y correcto funcionamiento de los cilindros, anillos, válvulas, empaque de culata, encendido, válvula de acelerador, guías de las válvulas del motor, carburador o inyectores. Lo anterior con el fin de corregir posibles daños o malfuncionamientos, antes de la instalación del prototipo. 4.4.2 Descripción de la prueba Esta prueba consiste en realizar el conjunto de mediciones especificadas en la tabla 4.6 y verificar que las mismas. Estén dentro del rango del funcionamiento adecuado.
Tabla 4.6 parámetros y rangos permisibles PARAMETRO RANGO PERMISIBLE Compresión en los cilindros 120 PSI Lectura constante
Variación < 10 PSI Vacio en múltiple de admisión 10” – 12” en Bogotá Presión en el sistema de refrigeración
9 PSI. Lectura constante
Se mide la compresión del motor con el fin de verificar el estado de los cilindros, anillos, válvulas, y el empaque de la culata.
119
Se mide el vacio en el múltiple de admisión con el fin de comprobar el estado de las válvulas, el encendido, válvula del acelerador o el escape. Se mide la presión del subsistema de refrigeración con el fin de verificar que no existan fugas de refrigerante y que por ende no se retire calor del motor de forma adecuada. 4.4.3 Equipos de medición Los equipos de medición fueron los siguientes:
1. Compresómetro. 2. Medidor de vacío o vacuómetro. 3. Medidor de presión.
4.4.4 Descripción de los resultados Se realizaron cada una de las pruebas especificadas en la tabla 4.6, se presenta el resultado y el análisis del vehículo en las pruebas del motor.
Tabla 4.7 compresión COMPRESION (PSI)
1 2 3 4
VACIO MULTIPLE (PULG DE HG)
TIPO LECTURA
REFRIGERACION PSI
120 125 125 125 14,5 Estable 9 estable
El vehículo presenta valores de compresión de motor a niveles normales. No presenta diferencias apreciables entre compresión de cilindros. No se presenta fugas en el múltiple de admisión y el sistema de refrigeración se encuentra en buen estado. 4.45 Conclusiones Teniendo en cuenta los resultados de las pruebas realizadas al vehículo, se encuentra que el estado del motor es adecuado para realizar el montaje del prototipo.
4.5 PRUEBA DEL SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES 4.5.1 Objetivo
Las pruebas del sistema de control de emisiones se realizan con el fin de verificar el estado y correcto funcionamiento del motor y del sistema de control de emisiones. Lo anterior, con el fin de corregir posibles daños o malfuncionamientos, antes de la instalación del prototipo.
120
4.5.2 Descripción de la prueba Esta prueba consiste en medir las emisiones de NO2 (%), CO (ppm), O2 (%), NOx, SO2 y , en ralentí y durante un tiempo de 30 s. 4.5.3 Equipos de emisión Para la medición de emisiones contaminantes se utilizo el analizador de gases Quintox, cuyas características se presentan en la tabla 4.8.
Tabla 4.8 equipos de medición Parámetro Resol Exactitud Rang
o Gases escape
0.1°c 1.0°c +/-0.3% de la lectura 0 – 600°c
Temperatura
Ambiente 0.1°c 1.0°c +/-0.3% de la lectura 0 – 600°c
O2 0.1% -0.1%, +0,2% 0-25%
CO 1ppm +/- 20 ppm < 400 ppm 5% de la lectura < 2000 ppm +/- 10% de la lectura > 2000ppm
0-40.000 ppm
NO 1ppm +/- 5 ppm < 100 ppm +/- 5% de la lectura > 100ppm
0 – 5000 ppm
NO2 1ppm +/- 5 ppm < 100 ppm +/- 5% de la lectura > 100ppm
0 – 1000 ppm
SO2 1ppm +/- 5% de la lectura > 100ppm
0 – 5000 ppm
Sensores
presión 0,01 mbar
+/- 0.05% de la escala 0 – 150 mbar
Tabla 4.9 Características de los sensores Características Descripción Condiciones ambientales de operación
Temperatura ambiente 0 – 40 °c Humedad relativa 20 – 80%
Versatilidad Impresora de puntos integrada Almacenamiento de memoria de hasta 1926 registros Batería recargable
Calibración de los sensores
Auto calibración: cada vez que se enciende el equipo, este toma hasta
121
Calibración de los sensores
5 minutos para la auto calibración de todos sus sensores, para eso debe colocarse la sonda de aire de fresco (aire limpio). En caso de no lograrse la autocalibración o cuando el sensor ha estado en uso durante periodos prolongados, se procede a la calibración manual. Calibración manual: consiste en ingresar el analizador a una secuencia de órdenes para calibrar uno a uno los sensores anteriormente mencionados.
4.5.4 Descripción de los resultados Se tomaron las mediciones específicas en el numeral 4.5.2 sobre el vehículo y se consignaron los resultados en el formato descrito en la tabla 4.10. Los resultados de estas pruebas en el caso de la configuración a gasolina se comparan con la normatividad para fuentes móviles con motor a gasolina. 4.5.5 Resultados y análisis
A continuación en la tabla 4.10, se presentan los resultados y análisis para el vehículo de la prueba de emisiones:
Tabla 4.10 Resultados y análisis CO2 CO (ppm) O2 (%) NOX (ppm) 15,4 5500 0,7 117 1019 Todos los vehículos presentan emisiones de CO2 y O2 en niveles normales, presentan bajas emisiones de NOx y cumplen con las normas del DAMA en cuanto emisiones de CO (<10000 ppm para vehículos modelo 2002). 4.5.6 Conclusiones Teniendo en cuenta las pruebas realizadas en el vehículo, se encuentra que el sistema de control de emisiones se encuentra en buen estado para colocar el dispositivo.
CAPITULO V PRUEBA DE DESEMPEÑO MECANICO
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Para evaluar el desempeño mecánico del vehículo se realizaron las siguientes pruebas:
1. Prueba de aceleración en plano. 2. Prueba de aceleración en pendiente. 3. Curvas de desempeño de torque y potencia del vehículo.
Estas pruebas permitieron tomar datos para realizar comparaciones entre el desempeño mecánico de los vehículos con las configuraciones del combustible. A continuación, se describen cada una de las pruebas, los resultados y análisis de los resultados obtenidos en el vehículo. 5.1 PRUEBAS DE ACELERACIÓN EN PLANO 5.1.1 Objetivo Determinar la capacidad de aceleración del vehículo en terreno plano en laboratorio (sobre dinamómetro de chasis) y en carretera, para cada una de las configuraciones del combustible. 5.1.2 Descripción de la prueba En el caso del laboratorio, para esta prueba se realiza el montaje del vehículo sobre el dinamómetro del chasis con los equipos descritos en el numeral 5.1.3 con el fin de realizar las mediciones de rpm, tiempo, distancia y velocidad. El modo de prueba del dinamómetro es el “stading start acceleration test”. En el caso de carretera, se realiza el montaje del vehículo con la quinta rueda y equipos descritos en el numeral 5.1.4 con el fin de realizar mediciones rpm, tiempo, distancia y velocidad. 5.1.3 Equipos de medición para pruebas de laboratorio Para hallar la capacidad de aceleración del vehículo se utilizaron los siguientes equipos:
1. Dinamómetro de chasis. 2. Sistema para medición de temperaturas.
La descripción de los mismos se especifica a continuación. 5.1.3.1 Dinamómetro de chasis. Se uso el dinamómetro de chasis para pruebas de potencia y emisiones instalado en Venezuela, las características relevantes del mismo se especifican en la tabla 5.0. El dinamómetro de chasis puede medir directamente los siguientes valores:
1. RPM/ Velocidad del eje del rodillo 2. TORQUE/ Fuerza aplicada al eje de los rodillos en el eje del
dinamómetro.
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Todos los demás valores están basados en estos dos valores originales. La aceleración es calculada desde dos mediciones de velocidad, la potencia es calculada con base en la velocidad media y el torque en el eje de rodillos del dinamómetro, entre otras.
Tabla 5.1 características del dinamómetro ITEM CARACTERISTICA ESPECIFICACION 1 Referencia MD-400-HD. EDDY CURRENT CHASIS
DYNAMOMETER 2 Marca MUSTANG 3 Pais USA 4 Serie 10879 5 Fecha de fabricación 12/10 6 Modelo 5148 7 Tipo PAU: el modelo MDK 400 corriente de
remolino. PAU tiene 16 bobinas con rotor de 24 pulgadas de diámetro.
8 Rodillos Acero ASTM A513, diámetro de 272 milímetros balanceados dinámicamente.
9 Sensor de carga Marca CELTRON Modelo STC-1K S/N H25259 OP 2.9982
10 Sensor de velocidad Tipo capacitivo en engranaje de rodillos principales.
11 Medidor de RPM MD RPM 2000, con sensor inductivo con pinza captadora y cable. Con transductor óptico con base metálica y cable.
12 Caja de control Mustang Dynamometer S/N 4875 13 Capacidad Ancho entre ruedas 108 pulgadas
Potencia intermitente 800 hp Q @ 160 km/h Potencia de absorción en frio 775 hp @ 160 km/h Velocidad máxima 160 km/h Peso eje trasero 20000 libras
5.1.3.2 Medición de temperatura Para la medición de temperatura superficial del motor, del múltiple de admisión y del radiador, se desarrollo un sistema de medición de temperaturas con sensores, sistema de acondicionamiento y adquisición de datos con el cual se monitorearon las temperaturas durante las pruebas para verificar que se encontraran en parámetros normales. Para
124
este caso se utilizaron sensores tipo LM35 con las características que se muestran en la tabla 5.2.
Tabla 5.2 medición de la temperatura PARAMETRO EXACTITUD RESOLUCION RANGO PERIODO
DE MUESTREO
Temperatura 0.5 °C 10.0 mV/°C -55 °C a 150 °C
10 Hz
Las señales eléctricas generadas por los sensores son adquiridas mediante una tarjeta de adquisición de datos y analizadas con Labview. Se utilizo la tarjeta de adquisición PCMI DAQ1200 y Labview para la adquisición y procesamiento de datos. En la tabla 5.3 se presenta sus características técnicas.
Tabla 5.3 tarjeta de adquisición ITEM PARAMETRO VALORES 1 Entradas análogas 8 2 Resolución 12 bits 3 Tasa de muestreo 10.000 muestras/s 4 Rango de entrada Hasta ± 5V 5 Salida análogas 2 6 Disparador Digital 5.1.4 Equipos de medición pruebas de carretera Para hallar la capacidad de aceleración del vehículo se utilizaron los siguientes equipos:
1. Quinta rueda. 2. Sistema para medición de temperaturas.
La descripción de los mismos se especifica a continuación. 5.1.4.1 Quinta rueda. Para esto se desarrollo una quinta rueda, unida a la llanta trasera del vehículo. Este sistema dispone de una quinta rueda que se instala en la rueda izquierda trasera del vehículo y un sensor de revoluciones acoplado al motor. La resolución de la quinta rueda depende del diámetro de la cual está unida. Las características técnicas de la quinta rueda usada se describen en la tabla 5.4.
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Tabla 5.4 características técnicas de la quinta rueda ITEM DESCRIPCION Frecuencia de muestreo 10 Hz
Distancia ±0.03 m Velocidad ±0.06 Km/h
Resolución
Rpm motor ±25 rpm Versatilidad Diseñado para pruebas de
vehículos en carretera. Equipado con sistema de adquisición de datos con alta capacidad de almacenamiento.
5.1.4.2 Medición de temperaturas. Para la medición de temperaturas superficial del motor, superficial del múltiple de admisión y del radiador, se dispuso de los mismos equipos especificados en el numeral 5.1.3.2, con el fin de monitorear que las temperaturas durante las pruebas estuvieran dentro de parámetros normales de operación. 5.1.5 Descripción de los resultados Se realizaron las pruebas tanto en laboratorio como en la carretera, siguiendo el procedimiento descrito. Se tomaron los datos de tiempo, distancia y velocidad cada 0.1s. Se realizaron como mínimo tres repeticiones verificando que el coeficiente de variación no fuera mayor del 3% entre pruebas. De los datos tomados se grafico la curva media representativa y teniendo en cuenta los datos de cada prueba se hallaron los promedios de los índices de desempeño para cada configuración. Los índices fueron tabulados y se realizaron las comparaciones entre las configuraciones. Las comparaciones se hicieron tomando como base la configuración a gasolina. 5.1.6 Resultados y análisis La figura 68 muestra el registro de los valores de desplazamiento y velocidad cada 0.1 s del vehículo cuando realiza la prueba de aceleración en plano en dinamómetro de chasis y en carretera, en configuración a gasolina, en configuración a gas natural y mezclador antiguo, y con la nueva implementación de mezclador en el gas natural, con acelerador completamente abierto.
126
Figura 68 acelerador completamente abierto
En la figura 68, cuando se llega a los 100 Km/h se observa que la pendiente de la curva (Velocidad vs Tiempo) con la configuración a gas natural GNCV1 (7° Aprox.) es pequeña compara con la pendiente de la curva del vehículo de la configuración a gasolina (18° aprox.) y más aproximada a la pendiente de la curva GNCV2 (15º aprox), lo que muestra que el vehículo a gasolina está en la capacidad de acelerar mas y puede proporcionar más velocidad por encima de los 100 Km/h y alcanzar a aplicar la quinta marcha, con el nuevo mezclador a pesar de que la pendiente es un poco menor el vehículo todavía está en capacidad de seguir acelerando y aplicar la quinta marcha, comparado con la configuración a gas natural en la cual, la pendiente es pequeña por lo que no se esperaría un aumento notable de la velocidad y no se alcanzaría a aplicar la quinta marcha. Dado lo anterior y por las características de la caja de cambios del vehículo se presenta una “pérdida de cambio” cuando el vehículo se encuentra funcionando a gas natural con la configuración antigua, con la nueva configuración se puede aplicar la quinta marcha con una pérdida de rendimiento mucho más bajo. Un comportamiento similar se tiene con las pruebas de carretera, aunque por la inercia que lleva el vehículo es posible que si se pueda aplicar la quinta marcha en la configuración antigua de gas natural.
127
Figura 69 pruebas en el dinamómetro
En la figura 69 se puede observar para las pruebas en el dinamómetro de chasis y para las pruebas de carretera que cuando el vehículo se encuentra operando con la configuración a gas natural, su desempeño en aceleración esta en todo el rango de tiempo por debajo del desempeño del vehículo operando con la configuración a gasolina, pero con el nuevo mezclador se observa una mejora en la aceleración del vehículo por lo que podemos concluir que las pérdidas son debidas a perdida de compresión en los cilindros del motor. En la tabla 5.5 se muestra la comparación de los tiempos para llegar a 60 Km/h y 100 Km/h, en la tabla 5.6 se muestra la comparación de las distancias alcanzadas cuando se llega a 60 Km/h y 100 Km/h.
Tabla 5.5 comparación de tiempos
TIEMPO PROMEDIO (S) 60 Km/h 100 Km/h
LUGAR DE LA PRUEBA
COMBUSTIBLE
Promedio Coef. Variación
Promedio Coef. Variación
Gasolina 16.92 1.78% 48.30 0.90% Gas natural 19.60 0.72% 76.93 1.17%
Dinamómetro
Gas natural con mezclador nuevo
18.12 1.48% 61.24 1.02%
128
Tabla 5.6 comparación de tiempos 2
TIEMPO PROMEDIO (S) 60 Km/h 100 Km/h
COMBUSTIBLE
Promedio Coef. Variación
Promedio Coef. Variación
Gas natural 14.50 2.38% 42.30 1.67%
LUGAR DE LA PRUEBA
Gas natural con mezclador nuevo
12.35 1.17% 20.46 0.81%
Tabla 5.7 comparación de tiempos 3
Distancia recorrida (Km/h) 60 Km/h 100 Km/h
LUGAR DE LA PRUEBA
COMBUSTIBLE
Promedio Coef. Variación
Promedio Coef. Variación
Gasolina 0.18 2.16% 0.93 1.08% Gas natural 0.21 1.73% 1.63 1.53%
Dinamómetro
Gas natural con mezclador nuevo
0.19 1.96% 1.24 1.27%
Gasolina 0.143 2.97% 0.662 0.32% Gas natural 0.154 2.63% 0.796 2.04%
Carretera
Gas natural con mezclador nuevo
0.147 2.85% 0.713 0.98%
En dinamómetro, el desempeño en aceleración tiene diferencias porcentuales de tiempo y distancia recorrida menores de 18%, a velocidades menores de 60 Km/h cuando se compara el vehículo funcionando con la configuraciones a gas natural con el vehículo funcionando con la configuración a gasolina. Tales diferencias aumentan cuando la velocidad es mayor a 60 Km/h. En carretera el desempeño en aceleración tiene diferencias porcentuales de tiempo y distancia recorrida menores de 21%, a velocidades entre 0Km/h y 100 Km/h cuando se compara el vehículo funcionando con la configuraciones a Gas natural con el vehículo funcionando con la configuración a gasolina.
129
En la tabla 5.8 se muestra la comparación del tiempo para la realización de los cambios entre 1-2, 2-3, 3-4 marcha, entre la configuración a gasolina y las configuraciones a Gas natural.
Tabla 5.8 tiempo promedio para la realización de cambios
TIEMPO PROMEDIO PARA REALIZAR CAMBIOS (S) MARCHA
1-2 2-3 3-4
LUGAR DE PRUEBA
Combustible Promedio
Coef. variación
Promedio
Coef. variación
Promedio
Coef. Variación
Gasolina 5.10 0.75% 12.10 2.46% 34.00 1.58% Gas natural 5.70 0.93% 14.30 2.23% 47.00 1.02%
Dinamómetro
Gas natural con mezclador nuevo
5.30 0.81% 18.18% 2.30% 40.1 1.20%
Gasolina 5.80 2.57% 12.96 2.32% 32.02 2.18% Gas natural 6.67 0.63% 14.86 1.94% 35.00 2.17%
Carretera
Gas con mezclador nuevo
6.21 1.89% 13.78 2.12% 33.51 2.17.7&
El vehículo funcionando con la configuración a Gas natural con el mezclador antiguo permanece más tiempo en la tercera marcha y no alcanza a aplicarse el cambio de 4-5 por lo que prácticamente esa marcha se pierde. En la figura se observa la frecuencia relativa de las rpm del motor durante la prueba de aceleración en plano con el acelerador completamente abierto, tanto para la configuración a gasolina y la configuración a gas natural, para los puntos de rpm de la prueba de desempeño de torque – potencia. Los puntos de la rpm tienen una variación menor al 1 % comparando la configuración a gasolina y la configuración a gas natural. Los rangos de clases son de ± 150 rpm aproximadamente. Las barras de error muestran la desviación estándar de los puntos entre repeticiones del mismo experimento de aceleración en plano.
Figura 70 revoluciones para la aceleracion en plano
130
En la figura 69 se observa que el régimen de revoluciones para la prueba de aceleración en plano es mayor en todo el rango de revoluciones en la configuración a gasolina excepto para los puntos 1413 rpm, 3424 rpm y 4552 rpm que presentaron una diferencia a favor de la configuración a gas natural del 13.84%, 30.71% y 2.83% respectivamente, lo que explica la mayor permanencia en tercera marcha. Los datos de frecuencia relativa se usaran para hallar la potencia ponderada, en la curva de desempeño de torque y potencia.
5.2 PRUEBAS DE ACELERACION EN PENDIENTE 5.2.1 Objetivo Determinar la capacidad de aceleración de los vehículos en terreno inclinado en laboratorio (sobre dinamómetro de chasis) y en carretera, para cada una de las configuraciones del combustible. 5.2.2 Descripción de la prueba En el caso del laboratorio, se realiza el montaje del vehículo sobre el dinamómetro de chasis con los equipos descritos en el numeral 5.2.3 con el fin de realizar las mediciones de rpm, tiempo distancia y velocidad. El modo de prueba del dinamómetro es el Vehicle Simulation. En el caso de carretera, se realiza el montaje del vehículo con la maquina rueda y equipos descritos en el numeral 5.2.4 con el fin de realizar las mediciones de rpm, tiempo, distancia y velocidad 5.2.3 Equipos de medición para pruebas de laboratorio Para hallar la capacidad de aceleración en dinamómetro se utilizaron los equipos:
1. Dinamómetro de chasis. Que se encuentran descritos en el numeral 5.1.4.1
2. Sistema para medición de temperaturas. Que se encuentra descrito en el numeral 5.1.3.2
5.2.4 Equipos de medición para pruebas de carretera Para hallar la capacidad de aceleración en carretera se utilizaron los equipos:
1. Quinta rueda. Que se encuentra descrita en el numeral 5.1.4.1. 2. Sistema para medición de temperaturas. Que se encuentra descrito
en el numeral 5.1.4.2.
131
5.2.5 Descripción de los resultados Se realizaron las pruebas tanto en laboratorio como en carretera, se tomaron los datos de tiempo, distancia y velocidad cada 0.1 s se realizaron como mínimo tres (3) repeticiones verificando que el coeficiente de variación no fuera mayor del 3% entre pruebas. De los datos tomados se grafico la curva media representativa y teniendo en cuenta los datos de cada prueba se hallaron los promedios de los índices de desempeño para cada configuración. Los índices fueron tabulados y se realizaron las comparaciones entre las configuraciones. Las comparaciones se hicieron tomando como base la configuración a gasolina. 5.2.6 Resultados y análisis La figura 71 muestran la curva representativa del registro de los valores de desplazamiento y velocidad 0.1 s del vehículo cuando realiza la prueba de aceleración en pendiente en dinamómetro de chasis y en carretera, entre la configuración a gasolina y configuraciones a gas natural y con acelerador completamente abierto. La figura muestra la prueba de aceleración en pendiente, aceleración a fondo y cambios realizados a 5500 rpm y 4000 rpm.
Figura 71 aceleración en pendiente
132
CONCLUSIONES
• Se logro construir un mezclador con un diseño más eficaz, más liviano y de fácil instalación en vehículos aspirados.
• Para la realización de los calculos de analisis de diseño se
identificaron las variables de fuerza y caudal producidas por la masa de aire que aspira el motor
• Para el diseño del sistema automático se hizo necesario el uso de
un microcontrolador y un sensor de presión atmosférica para lograr un mecanismo automático al manejar adecuadamente las señales.
• Para la caracterización del sensor fue necesario el uso de un
barómetro, un multimetro y un vehiculo para establecer los rangos en una zona en donde se pudiera medir la altura.
• En el diseño de la etapa de potencia fue necesario implementar
filtros pasabanda y reductores de voltaje para permitir una señal correcta para el circuito.
• En las curvas de potencia obtenidas en el periodo de prueba se obtiene como resultado una mejora en la combustión y en la potencia del vehículo.
• El proyecto se caracterizo por incentivar las energías limpias y
apoyar el uso de combustibles alternos minimizando las desventajas que estos producen en los vehículos.
133
BIBLIOGRAFIA
• OGATA, Katsuiko. Ingeniería de control moderna. Madrid: Pearson Educación, 2003. 4 ed. 965 p.
• MALONEY, Timothy J. Electrónica industrial moderna. México: Pearson, 2006. 5 ed. 972p.
• http://www.mincomercio.gov.co/eContent/Documentos/Normatividad/Nor
mastecnicas/NTC-4830-11.pdf
• http://miguiaargentina.com.ar/gas-natural-comprimido-gnc/empresas-guia.html
• http://www.editorial.unca.edu.ar/NOA2002/Simulacion%20Procesos%20Acondicionamiento.pdf
• http://www.cedegas.com.ar/informacion.htm
• http://books.google.com.co/books?id=lXL0NfxN0MkC&printsec=frontcover&dq=motores&sig=iyMvAYYfggJjjh8KLtlc9VdAPds#PPP1,M1
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ANEXO 1. COSTOS Y RECURSOS FINANCIEROS DEL DISPOSITIVO
COMPONENTE CANTIDAD COSTO UNITARIO COSTO
EQUIPO DE CONVERSION 1 $ 2.531.000 $ 2.531.000
ARGOLLAS PARA EL MEZCLADOR 15 $ 4.300 $ 65.000
COMPONENTES ELECTRONICOS 10 $ 2.500 $ 25.000
CIRCUITO IMPRESO 1 $ 22.000 $ 22.000
MOTOREDUCTOR 1 $ 30.000 $ 30.000 COMPONENTES PARA NUEVO MEZCLADOR 1 $ 25.000 $ 25.000
MICROCONTROLADOR 16F84 1 $ 11.000 $ 11.000
TROQUEL 1 $ 1.500.000 $ 1.500.000
SENSOR BAROMETRICO 1 $ 150.000 $ 150.000
COSTO PROYECTO $ 4.359.000
IVA (16%) $ 697.440
COSTO TOTAL $ 5.056.440 RECURSOS FINANCIEROS Los recursos financieros necesarios para el desarrollo del proyecto son proporcionados por CEF S.A. y por los ingresos de los proponentes del proyecto. La mano de obra será asumida por los proponentes de este proyecto y parte de esta colaboración en la realización del dispositivo mecánico la asume la empresa. INFRAESTRUCTURA DEL PROYECTO
El taller de conversión CEF S.A. brinda sus instalaciones para desarrollar el proyecto. El taller se encuentra ubicado en calle 17 # 39-75 zona industrial, el taller cuenta con las herramientas necesarias para lograr el objetivo general del proyecto, el taller prestara sus instalaciones, herramientas, personal técnico y el equipo necesario.
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ANEXO 2. PROGRAMA DE EJECUCIÓN CPM Y GANTT Tareas del proyecto y duración
Diagrama de Gantt
136
ANEXO 3. DATASHEET DEL MICROPROCESADOR PIC16F873
137
138
139
ANEXO 4. DATASHEET DEL 7805
140
141
142
ANEXO 5. DATASHEET DEL TIP 41C
143
144
ANEXO 6. DATASHEET DEL MPX 4100
145
146
147
148
ANEXO 7. PLANOS DEL PROTOTIPO
“VER ORIGINAL EN LA TESIS EDITADA EN PAPEL”
